Остеокласт: Дифференциация и активация остеокластов

Содержание

Дифференциация и активация остеокластов

Авторы: W.J. Boyle, W. S. Simonet, D. L. Lacey, США

Статья в формате PDF

Остеокласты – это специализированные клетки, образующиеся из гематопоэтической линии моноцитов/макрофагов, которые развиваются и прикрепляются к матрице кости, выделяя далее кислоты и литические ферменты, разрушающие кость. Открытие в системе остеокластов сигнального пути RANK обеспечило понимание механизмов остеокластогенеза и активации резорбции кости, а также путей гормонального влияния на структуру и массу костной ткани. Дальнейшее изучение этого сигнального пути способно создать молекулярную основу с целью разработки медикаментов для лечения остеопороза и других заболеваний, сопровождающихся потерей костной массы.

Кость является ригидным, однако динамичным органом, который постоянно формируется, обновляется и восстанавливается.

Микроструктура кости построена таким образом, чтобы обеспечить максимальную прочность на фоне минимальной массы соответственно физиологическим потребностям организма. Как же поддерживаются структура кости и ее функции? Как индуцируются изменения в метаболизме костной ткани? После формирования кость подлежит процессу под названием ремоделирование, который включает разрушение (резорбцию) и образование (синтез) костной ткани. Эти процессы в микромасштабе происходят во всем скелете. Ремоделирование кости – основной метаболический процесс, регулирующий ее структуру и функции на протяжении взрослой жизни. Ключевыми участниками ремоделирования являются остеокласты [1, 2]. Дисбаланс в ремоделировании способен привести к значительным нарушениям структуры и функции скелета, а потенциально – к увеличению смертности и сокращению длительности жизни.

Большинство заболеваний скелета у взрослых являются следствием чрезмерной активности остеокластов, ведущей к дисбалансу ремоделирования с преобладанием резорбции [3]. Подобные болезни включают остеопороз, заболевания периодонта, ревматоидный артрит, множественную миелому, метастазы раковых опухолей. Для лиц с остеопорозом переломы костей непосредственно угрожают жизни. На данный момент в группе риска подобных переломов находятся более 70 млн людей во всем мире. Недавние открытия, касающиеся понимания дифференциации и активации остеокластов, основываются на анализе семейства биологически связанных протеинов, подобных фактору некроза опухолей (ФНО) и его рецепторам (ФНОР): остеопротегерина (OPG), рецептора­активатора ядерного фактора кB (RANK) и его лиганда (RANKL), которые регулируют функцию остеокластов [4]. Исследование этих сигнальных путей обеспечивает глубокое понимание того, как различные физиологические и патофизиологические сигналы осуществляют свое действие, индуцируя остеокластогенез, рассасывание кости и ремоделирование скелета, таким образом контролируя массу костной ткани.

Остеокластогенез

Остеокласт является тканеспецифической макрофагальной многоядерной клеткой (поликарионом), образующейся в процессе дифференциации клеток­предшественников моноцитов/макрофагов на поверхности кости или поблизости от нее (рис. 1). Существенный прогресс в понимании остеокластогенеза произошел тогда, когда в клеточных системах на основе клеток костного мозга или селезенки и стромальных клеток были получены остеокласты [5]. Тогда был сделан вывод, что для остеокластогенеза требуется тесный контакт между стромальными клетками и клетками костного мозга. Для остеокластогенеза необходимы два гемопоэтических фактора: ФНО­родственный цитокин RANKL и полипептидный фактор роста CSF‑1 (колониестимулирующий фактор‑1) [6, 7], а далее происходит активация RANK на поверхности клеток­предшественников [8, 9]. Для экспрессии генов, типизирующих линию остеокластов, необходимо присутствие и CSF‑1, и RANKL.

Рис. 1. Остеокластогенез
Схема развития и дифференциации гемопоэтической клетки-предшественника в зрелые остеокласты – поликарионы (многоядерные клетки), образовавшиеся в результате слияния 10-20 отдельных клеток. Созревание происходит в костной ткани из одноядерных клеток с некоторыми чертами макрофагов, роисходящих из периферической крови. Для остеокластогенеза необходимы колониестимулирующий фактор-1 (CSF-1) и RANKL, действие которых также показано на рисунке. OPG способен связывать и нейтрализовать RANKL, что негативно влияет и на остеокластогенез, и на активацию зрелых остеокластов. В нижней части рисунка показаны одногенные мутации, блокирующие остеокластогенез и активацию остеокластов. Курсивом выделены естественные мутации грызунов и человека, обычным шрифтом представлены результаты прицельного мутагенеза. В верхней части показаны одногенные мутантные аллели, усиливающие остеокластогенез, активирующие функции остеокластов и увеличивающие их выживаемость, что приводит к остеопорозу. Все эти мутации являются нулевыми, кроме OPG [22] и sRANKL [77], представленных в моделях чрезмерной экспрессии у трансгенных мышей (выделены голубыми рамками).

Зрелый многоядерный остеокласт активируется специфическими сигналами, ведущими к инициации ремоделирования кости (рис. 2). Вследствие этого тело остеокласта поляризируется, и в ответ на активацию RANK его лигандом [10] подлежит внутренним структурным изменениям. Эти изменения – перестройка актинового цитоскелета и образование тесной связи между поверхностью кости и базальной мембраной остеокласта – подготавливают условия для резорбции костной ткани, создавая своеобразный герметично закрытый отсек. Далее эта внешняя вакуоль закисляется путем экспорта ионов водорода [11], в нее поступают литические ферменты (тартрат­резистентная кислая фосфатаза, прокатепсин К) и формируется т. н. резорбционная впадина (лакуна Хоушипа). Так остеокласт приводит к рассасыванию прилежащей костной ткани. Продукты деградации (фрагменты коллагена, растворенные кальций и фосфаты) попадают в циркуляторное русло. RANKL активирует зрелые остеокласты in vitro и ведет к быстрому рассасыванию кости in vivo [10, 12]. Жизнедеятельность остеокластов и их участие в последующих циклах резорбции костной ткани частично регулируется гормонами и цитокинами [13]. RANKL и интерлейкин (ИЛ) 1 ­увеличивают продолжительность жизни зрелого остеокласта in vitro и in vivo [14, 15].

Рис. 2. Активация резорбции костной ткани
Поликарионы под воздействием CSF-1 и RANKL прикрепляются к кости и дифференциируются в зрелый остеокласт (a). RANKL стимулирует активацию остеокластов, индуцируя секрецию протонов и литических ферментов в закрытую резорбционную вакуоль между базальной поверхностью остеокласта и поверхностью кости. Секреция протонов приводит к повышению кислотности в этом закрытом пространстве, что, в свою очередь, вызывает активацию ферментов TRAP и CATK, ответственных за деградацию минеральной и коллагеновой составляющих кости (b). Фотография трансмиссионной электронной микроскопии активированного остеокласта мыши с видимой неровной границей лакуны резорбции на поверхности бедренной кости (красный «пропеллер» – остеокласт, черная стрелка – резорбционное углубление) (c). Фотография сканирующей электронной микроскопии человеческих остеокластов, полученных in vitro на срезах кортикальной кости из мононуклеаров периферической крови, подвергавшихся действию CSF-1 и RANKL (красный «пропеллер» – остеокласт; черная стрелка – впадина резорбции, в которой обычно ровная поверхность кости рассосалась, обнажив коллагеновые пучки; желтые звездочки – нерезорбированная поверхность кости; голубые треугольники – мононуклеары (потенциальные предшественники остеокластов) (d).

Остеокластогенез и активацию остеокластов регулируют как минимум 24 гена или генных локуса [16, 17]. Нарушение функции этих генов блокирует развитие и/или функции остеокластов, приводя к аномально высоким уровням минерализации кости и хряща (т. н. остеопетроз), или, наоборот, к усиленному остеокластогенезу и активации этих клеток, ассоциируемых с остеопенией [17, 18, 19, 20]. Такие гены осуществляют свое действие на разных стадиях жизни остеокласта, влияя на образование и выживание клеток­предшественников, их способность к дифференциации, прикрепление к кости и выделение литических ферментов (рис. 1).

Регуляторная ось RANKL/RANK/OPG

Важным моментом в изучении регуляции остеокластогенеза стало обнаружение OPG – растворимого белка, блокирующего образование остеокластов in vitro и резорбцию кости in vivo [22, 23, 24]. Поскольку OPG – это ФНО­родственный протеин, неудивительно, что другой ФНО­родственный поверхностный белок RANKL является ключевым цитокином, регулирующим остеокластогенез и резорбцию костной ткани [6, 7, 25, 26]. RANKL связывает и активирует белок RANK – трансмембранный сигнальный рецептор [26]. Экспрессия RANK на гемопоэтических клетках­предшественниках является необходимым условием дифференциации и активации остеокластов, а также рассасывания кости и гормональной регуляции гомеостаза кальция [27, 28].

Полипептид RANKL – трансмембранный протеин типа II, размещенный на поверхности клеток в виде растворимой формы [7, 25, 26]. Гормоны и другие стимуляторы резорбции костной ткани in vivo индуцируют экспрессию RANKL на остеогенных стромальных клетках [30, 31]. Экспрессия RANKL остеобластами координирует ремоделирование кости путем стимуляции ее рассасывания остеокластами, что, в свою очередь, активирует остеосинтез прилежащими остеобластами. Это сочетание противоположных процессов носит название «сопряжение» (coupling) [32]. В таком случае OPG действует в качестве рецептора­ловушки, блокируя связывание RANKL с RANK. OPG также вырабатывается остеобластами в ответ на действие анаболических агентов (эстрогены, некоторые костные морфогенетические белки) [32, 33]. Чрезмерная экспрессия OPG блокирует продукцию остеокластов, что вызывает остеопетроз у мышей, в то время как его делеция сопровождается усиленным ремоделированием и остеопорозом [21, 22]. Таким образом, координация экспрессии RANKL и OPG необходима как для позитивной, так и для негативной регуляции костной плотности путем контроля активности RANK в остеокластах.

Активация RANK его лигандом ведет к экспрессии остеокластспецифических генов во время дифференциации, активации резорбции кости и дальнейшего жизненного цикла остеокластов. Сигнальная система RANK опосредована разнообразными цитоплазматическими факторами. Во время остеокластогенеза и активации остеокластов «включаются» как минимум пять отдельных сигнальных каскадов, опосредованных протеинкиназами – ингибитором киназы ядерного фактора кВ, c­Jun­N­терминальной киназой, стресс­активируемой протеинкиназой p38, внеклеточной сигналрегулируемой киназой и протеинами Src (рис. 3).

Рис. 3. Сигнальный путь RANK в остеокластах
Белки с установленными эффектами, задействованные в передаче сигналов RANK во время развития и активации остеокластов, составляют сигнальный каскад от цитоплазматической мембраны до ядерных эффекторов. RANK и OPG являются ФНОР-опосредованными белками, а RANKL – ФНО-опосредованным цитокином, специфически взаимодействующим с RANK или OPG. Представленные на рисунке белки связаны стрелками или линиями, демонстрирующими их взаимодействие и функциональные ассоциации согласно данным литературы. Красные прямоугольники показывают точки приложения известных ингибиторов малых молекул.

Ключевым предварительным шагом RANK­сигнализации является связывание ФНОР­ассоциированных цитоплазматических факторов (ФАЦФ) со специфическими доменами RANK [9, 34, 35]. Показано, что ФАЦФ‑2, ­5 и ­6 связываются с RANK, а мутации ФАЦФ‑6 ведут к остеопетрозу вследствие деактивации остеокластов [36, 37].

Модуляция RANK­индуцированного остеокластогенеза

Существует несколько уровней контроля сигнального пути RANK, способных усилить или затормозить остеокластогенез и активацию этих клеток. Активация находящихся на поверхности остеокластов рецепторов к ИЛ‑1, колониестимулирующему фактору‑1, простагландину Е2, ФНО потенцирует остеокластогенез in vitro и стимулирует резорбцию кости in vivo.

Сигнальный путь RANK негативно контролируется OPG in vitro и in vivo [22, 23]. Есть также доказательства существования механизмов обратной связи, которые прекращают ­функционирование сигнального пути RANK после его активации. Индукция остеокластогенеза RANKL ведет к усилению секреции интерферона (ИФ) β, который снижает экспрессию белка c-­Fos – важного фактора развития остеокластов [63, 64]. ИФ-­γ также обладает негативным действием на этот сигнальный путь. Связывание ИФ­-γ с его рецепторами ведет к разрушению ФАЦФ‑6 и угнетению остеокластогенеза in vitro [65]. Эти данные являются противоречивыми, поскольку ИФ-­γ применяется в лечении остеопетроза, увеличивая резорбцию кости. ИЛ‑4 также продемонстрировал негативное влияние на остеокластогенез [60]. Наконец, давно известно, что связывание кальцитонина с его рецепторами угнетает активацию остеокластов, что обусловливает его терапевтическое использование.

Гормональный контроль резорбции кости

Некоторые гормоны, цитокины и гуморальные факторы также влияют на плотность костной ткани и гомеостаз кальция путем индукции экспрессии RANKL в клетках кости (рис. 4). Большинство гормонов, регулирующих обмен кальция, и пререзорбтивных цитокинов усиливают экспрессию матричной РНК RANKL в клеточных линиях и культурах остеобластов [32, 33]. OPG, блокирующий RANKL­индуцированный остеокластогенез, способен угнетать образование остеокластов и рассасывание кости, возникающие в ответ на действие кальцитропных факторов. Данное явление свидетельствует о том, что сигнальный путь RANK интегрирует различные гуморальные сигналы, регулирующие гомеостаз кальция и резорбцию кости. Вышесказанное подтверждает тот факт, что мыши с отсутствием RANK резистентны к индукции рассасывания костной ткани вследствие действия ФНО, ИЛ‑1β и паратгормон­родственного пептида [27].

Важным источником RANKL в кости выступают также T­клетки [29]. Их активация in vitro и in vivo сопровождается усилением остеокластогенеза и резорбции кости. Это позволяет предположить, что воспалительные состояния и некоторые лейкемии стимулируют патологическую потерю костной массы [66].

Гуморальные факторы, снижающие резорбцию кости и увеличивающие ее плотность, например эстрогены, обладают противоположным действием на систему остеобласт/остеокласт: экспрессия OPG усиливается, а экспрессия RANKL снижается, что ведет к сниженной активации RANK и меньшему количеству активных остеокластов в кости соответственно. Были также отмечены экспрессия OPG и аномальное возрастание плотности кости под действием тромбопоэтина [67] (рис. 4).

Рис. 4. Гормональная регуляция резорбции кости
Схематическое представление механизма действия прорезорбтивных и кальцитропных факторов (a), анаболических и антиостеокластических факторов (b). RANKL экспрессируется в остеобластах, активированных Т-клетках, синовиальных фибробластах, стромальных клетках костного мозга и далее связывается со специфическим мембранным рецептором RANK, запуская каскад ФАЦФ-опосредованных киназных реакций, стимулирующих дифференциацию, активацию и выживание остеокластов. Напротив, экспрессия OPG вызывается факторами, блокирующими катаболизм кости и обеспечивающими анаболические реакции. OPG связывает и нейтрализует RANKL, что ведет к блокаде остеокластогенеза и снижению выживаемости уже существующих остеокластов.

От исследований к клинике

Существующие методы лечения остеопороза в основном замедляют снижение минеральной плотности кости, уменьшая риск переломов. Рекомендуемые препараты должны быть направлены на остеокластопосредованную резорбцию кости и включают эстрогены, бифосфонаты и селективные модуляторы эстрогеновых рецепторов. Другими потенциальными мишенями противоостеопоротических препаратов являются остеокластспецифическая протеаза CATK, интегрин αvβ3, и c-­Src-­тирозинкиназа [7, 9].

Ключевая роль сигнального пути RANKL/RANK/OPG в регуляции костного метаболизма подтверждается открытием, что генетические мутации, сопровождающиеся активацией RANK или угнетением RANKL­-связывающих свойств OPG, ассоциируются с семейной гиперфосфатазией и аномалиями костей [68­72]. Некоторые мутации гена, кодирующего OPG, ассоциируются с идиопатической гиперфосфатазией (т. н. ювенильная болезнь Педжета) – аутосомным рецессивным заболеванием, характеризующимся деформациями длинных костей и кифозом [69­71].

Данные, что мутации генов, кодирующих RANK и OPG, ведут к тяжелым заболеваниям костей у человека, свидетельствуют о том, что угнетение сигнальной системы RANKL может выступать действенной терапевтической стратегией при болезнях, сопровождающихся чрезмерной резорбцией кости. Считается, что блокада RANKL способна предупредить потерю костной массы вследствие менопаузы, рака, воспаления и др. Полностью человеческие моноклональные антитела, направленные против RANKL, являются возможным решением проблемы остеопороза (Bekker P. J. et al., неопубликованная информация). Привлекательным аспектом применения антител является избежание перекрестных реакций нейтрализации OPG и RANK­активирующих эндогенных антител. Клинические преимущества блокады RANKL требуют дальнейших исследований.

Список литературы находится в редакции.

Boyle W. J., Simonet W. S., Lacey W. S. Osteoclast differentiation and activation. Nature. Vol. 423. 15 May 2003. P. 337­342.

Перевела с англ. Лариса Стрильчук

Медична газета «Здоров’я України 21 сторіччя» № 22 (419), листопад 2017 р.

 

СТАТТІ ЗА ТЕМОЮ Терапія та сімейна медицина

28.11.2021 Терапія та сімейна медицина Топ‑5 інфекційних захворювань у практиці сімейного лікаря (частина 2)

11-12 вересня на конференції професіоналів сімейної медицини Pro Family 2021 засновник МЦ Papasim, сімейний лікар, член European Respiratory Society, член української та південно-української академії педіатричних спеціальностей Костянтин Рогач висвітлив найчастіші інфекційні захворювання у практиці сімейного лікаря. Метою доповіді було розмежувати компетенції лікаря первинної ланки та лікаря вузького профілю, навести перелік необхідних кроків і призначень перед тим, як скерувати пацієнта на вторинний рівень медичної допомоги. Першу частину доповіді було опубліковано в номері 19 нашої газети. У цьому випуску публікуємо продовження….

27.11.2021 Терапія та сімейна медицина Четверта хвиля COVID-19: удосконалені алгоритми ведення хворих

У жовтні відбувся захід з міжнародною участю «2-й Трансатлантичний круглий стіл COVID‑19: нові штами. Тактика лікаря від виявлення до лікування», в якому взяли участь провідні спеціалісти США, Франції, Росії та України. Спікери ділилися досвідом і обговорювали актуальні питання ведення хворих з COVID‑19 в умовах появи нових штамів….

26. Остеокласты – строение, функции, местонахождение.

Остеокласты – крупные, многоядерные клетки, от 20 до 100 мкм в диаметре. Остеокласты находятся на поверхности костной ткани в местах ее резорбции. Клетки поляризованные. Поверхность их, обращенная к резорбируемой кости, имеет большое количество тонких, плотно расположенных, ветвящихся отростков, образующих в совокупности гофрированную каемку. Здесь секретируются и сосредотачиваются гидролитические ферменты, участвующие в процессах разрушения кости. Область гофрированной каемки граничит с окружающей ее зоной поверхности клетки, плотно прилегающей к резорбцируемой кости светлой зоной, почти не содержащей органелл. Цитоплазма центральной части клетки и ее противоположного полюса содержит многочисленные ядра (до 100 ядер), несколько групп структур комплекса гольджи, митохондрии, лизосомы. Ферменты лизосом, поступающие в зону гофрированной каемки, активно участвуют в резорбции кости. Гормоны паращитовидной железы (птг), усиливая процессы секреции ферментов лизосом, стимулируют резорбцию кости. Кальцитонин щитовидной железы снижает активность остеокластов. Отростки гофрированной каемки в этих условиях сглаживаются, и клетка отделяется от поверхности кости. Резорбция кости замедляется.

Резорбция костной ткани – процесс разрушения костной ткани.

27. Остеобласты – функции, местонахождения.

Остеобласты (от греч. osteon — кость, blastos — зачаток), — это молодые клетки, создающие костную ткань( продуцируют органические элементы межклеточного вещества костной ткани: коллаген, гликозамингликаны, белки и др). В кости они встречаются только в надкостнице. Они способны к пролиферации. В образующейся кости остеобласты покрывают почти непрерывным слоем всю поверхность развивающейся костной балки.

Форма остеобластов бывает различной: кубической, пирамидальной или угловатой. Размер их тела около 15—20 мкм. Ядро округлой или овальной формы, часто располагается эксцентрично, содержит одно или несколько ядрышек. В цитоплазме остеобластов хорошо развиты гранулярная эндоплазматическая сеть, митохондрии и аппарат Гольджи. В ней выявляются в значительных количествах РНК и высокая активность щелочной фосфатазы.

28. Развитие кости на месте мезенхимы. Этапы.

Такой способ остеогенеза характерен для развития грубоволокнистой костной ткани при образовании плоских костей, например покровных костей черепа. Этот процесс наблюдается в основном в течение первого месяца внутриутробного развития и характеризуется образованием сначала первичной «перепончатой», остеоидной костной ткани с последующим отложением солей кальция, фосфора и др. в межклеточном веществе.

Первая стадия — образование скелетогенного островка. В местах развития будущей кости происходят очаговое размножение мезенхимных клеток и васкуляризация скелетогенного островка.

Вторая стадия – остеоидная. Во второй стадии происходит дифференцировка клеток островков, образуется органическая матрица костной ткани, или остеоид, – оксифильное межклеточное вещество с коллагеновыми фибриллами. Разрастающиеся волокна раздвигают клетки, которые, не теряя своих отростков, остаются связанными друг с другом. В основном веществе появляются мукопротеиды (оссеомукоид), цементирующие волокна в одну прочную массу.

Некоторые клетки, дифференцирующиеся в остеоциты, уже в этой стадии могут оказаться включенными в толщу волокнистой массы. Другие, располагающиеся по поверхности, дифференцируются в остеобласты. В течение некоторого времени остеобласты располагаются по одну сторону волокнистой массы, но вскоре коллагеновые волокна появляются и с других сторон, отделяя остеобласты друг от друга. Постепенно эти клетки оказываются «замурованными» в межклеточном веществе, теряют способность размножаться и превращаются в остеоциты. В то же время из окружающей мезенхимы образуются новые генерации остеобластов, которые наращивают кость снаружи. Т.е. обеспечивают аппозиционный рост костной ткани.

Третья стадия — обызвествление, или кальцификация, межклеточного вещества. При этом остеобласты выделяют фермент щелочную фосфатазу, расщепляющую содержащиеся в периферической крови глицерофосфаты на углеводные соединения (сахара) и фосфорную кислоту. Последняя вступает в реакцию с солями кальция, который осаждается в основном веществе и волокнах сначала в виде соединений кальция, формирующих аморфные отложения Са3(РО4)2 (фосфат кальция), в дальнейшем из него образуются кристаллы гидроксиапатита Са10(РО4)6(ОН)2 (углекислый кальций).

К моменту завершения остеогенеза по периферии зачатка кости в эмбриональной соединительной ткани появляется большое количество волокон и остеогенных клеток. Часть этой волокнистой ткани, прилегающей непосредственно к костным перекладинам, превращается в надкостницу, или периост (periosteum), который обеспечивает трофику и регенерацию кости. Такая кость, появляющаяся на стадиях эмбрионального развития и состоящая из перекладин ретикулофиброзной костной ткани, называется первичной губчатой костью. В последующем первичная грубоволокнистая костная ткань замещается пластинчатой костью. Костные пластинки при этом образуются вокруг кровеносных сосудов, формируя первичные остеоны. Со стороны надкостницы развиваются наружные общие системы костных пластинок, ориентированные параллельно поверхности кости.

Isolation, Purification, and Differentiation of Osteoclast Precursors from Rat Bone Marrow

Способность получать и изучать остеокласты в пробирке является критическим и фундаментальным навыком для любого исследователя, желающего изучать костный метаболизм, что может помочь понять механизмы костной поглощающей болезни и развить новые терапевтические агенты. В настоящем исследовании описан протокол с некоторыми изменениями на основе предыдущих методов.

Используя пипетки и микроцентрифужные трубки для получения костного мозга, это в значительной степени уменьшило время работы по получению костного мозга и рабочей нагрузки лабораторного персонала по сравнению с традиционными методами. Между тем, метод избегает риска потери костного мозга или травмы палочки иглы. В предыдущем исследовании, клетки, полученные из костного мозга, были покрыты сразу после изоляции12,13. Градиент плотности центрифугирования использовался для отбора моноцитов костного мозга в зависимости от различий в коэффициентах поселения. В процессе центрифугирования плотность плотности, Добавление ячейки разделения СМИ должны быть выполнены осторожно и осторожно вдоль стены, чтобы сделать четкие границы. Однако, методика ограничена функцией центрифуги и в том, устанавливается ли она с параметрами ускорения и замедления. Плотность посева является ключевым условием для выращивания остеокластов. Несколько раз протокол не удалось из-за неправильной плотности посева при обшивки клеток. Таким образом, примерно 300 000 клеток на 24-хорошо пластины хорошо рекомендуется в этом протоколе. Этот протокол также подходит для получения различных видов клеток костного мозга, полученных от крыс или других животных (например, мышь, кролик и курица).

Наиболее классическим методом оценки активности остеокластов является анализ резорбции ямы. Бычий кость коры обычно используется для анализа резорбции ямы, потому что его источники широко доступны. С помощью современной системы секционирования, мы можем получить тонкие кусочки кости легче. Анализ резорбции ямы имеет три фактора. Для того чтобы произвести успешно яму резорбции в ломтиках, ломтики необходимо рассматривать строго как описано для дефаттинг в протоколе. Кроме того, крысы остеокласты активируются в форме рассасывания ям в слегка кислой среде, и функция резорбции будет по существу «закрыта», когда рН поднимается выше 7,214,15. Таким образом, следует отметить, что часто открытие дверей инкубатора во время хода экспериментов может привести к возмущениям значений рН и ВКП2 , даже влияя на функцию резорбции остеокластов16. Наконец, кусочки кости должны оставаться в нижней части скважины и не должны быть перемещены или всплывают при изменении среды, для того, чтобы избежать раздражения.

СУУ является одним из членов подсемейства II класса, из 7-трансмембран G-белок-совместили рецепторы, которые также содержат паратиреоидный гормон и секретин рецепторы17. Как и окрашивание ловушки и анализ резорбции яму, остеокласты определены морфологии и функции, и рейтинг кликов-положительных идентифицирует остеокластов в иммунологии. Теперь, мы можем также использовать люминесцентное окрашивание актина кольца и измерить пириндолин перекрестках в супернатант для выявления остеокластов.

Хотя различные исследователи имеют различные знакомства с экспериментальными методами и общее количество клеток в костном мозге уверен, мы получили клетки костного мозга в более короткие сроки, относительно, и в конце концов, получил большое количество полностью дифференцированные остеокласты из крысиного костного мозга.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Что такое остеокласт?

Остеокласты — это крупные клетки с более чем одним ядром. Как правило, они содержат от 5 до 20 ядер, но могут иметь до 200. Они обнаруживаются в отростках в кости, которые немного больше, чем сам остеокласт. Исследователи полагают, что остеокласты активно создают эти дыры, известные как «лакуны Ховипса».

На стороне остеокласта, которая находится рядом с костью, имеется множество микроворсинок, которые входят в кость. Эта граница образует активную поверхность клетки, где она может сломать кость. Остеокласты продуцируют несколько ферментов, которые позволяют им резорбировать кости, но основным из них является кислая фосфатаза.

Ферменты, продуцируемые остеокластами, способны удалять неорганический кальций и фосфор из костной ткани. Они также могут разрушать органический материал, такой как коллаген, который составляет саму кость. Первоначально кость распадается на части с минералами, все еще находящимися внутри ткани.

Когда остеокласт переваривает костную ткань, он запечатывается над надрезом в кости. Это создает область, известную как резорбтивная яма под клеткой. Некоторые ферменты, в том числе катепсин К, попадают в яму, растворяя кость на кусочки. Остеокласт захватывает кусочки кости и растворяет их.

Во время этого процесса минералы кальций и фосфор попадают внутрь остеокласта в специальные герметичные отсеки, называемые пузырьками. Везикулы проходят через клетку и попадают в кровоток. Этот процесс может быть использован для повышения уровня минералов в организме, поскольку кальций и фосфор используются во многих процессах. Однако остеокласты не будут резорбировать кость, которая не содержит минералов, поскольку эта кость, как правило, все еще находится в состоянии развития.

Остеобласты и остеокласты создаются из различных клеточных процессов. Определенные белки, такие как макрофагальный колониестимулирующий фактор (MCSF), должны присутствовать для того, чтобы клетки дифференцировались в остеокласты. Остеобласты создают эти белки, поэтому их присутствие необходимо для развития остеокластов. Недостаток генов, кодирующих MCSF и другие белки, может привести к недостатку остеокластов. Это также может привести к развитию остеопетроза, редкого состояния, при котором кости становятся тяжелее.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

ОСТЕОПОРОЗ: БЕЗМОЛВНАЯ ЭПИДЕМИЯ

Остеопороз – прогрессирующее системное заболевание скелета, характеризующееся снижением массы кости и нарушением структуры костной ткани, приводящим к увеличению хрупкости кости и риска переломов. Остеопороз называют «безмолвной эпидемией»: заболевание годами протекает бессимптомно, кости становятся чрезмерно хрупкими и ломаются даже от обычного неловкого движения.

Профилактика остеопороза – это в первую очередь активный образ жизни.

Если с возрастом человек становится менее активным, меньше ходит, мало двигается, то нагрузка на кость уменьшается, вследствие чего кость атрофируется. Кость – живой орган, в ней три вида клеток: остеобласты – клетки, которые строят кость, остеокласт — разрушающая, и остеоцит – клетка, поддерживающая функциональное состояние кости.  Если на организм есть регулярная нагрузка, кости становятся более плотными. Если нагрузки нет, начинают побеждать разрушители-остеокласты. Вывод прост: чем более активную жизнь мы ведем, тем плотнее и сильнее кости нашего скелета. В норме остеопороз находится до 25 лет, до наступления этого возраста остеобласты наиболее активны, они растут, соответственно, и рост человека увеличивается. С 25 –ти лет активность остеобластов начинает постепенно снижаться, и кость начинает  буквально рассасываться.

 

Как узнать, в какой стадии находится остеопороз, почему с возрастом болят колени, и для чего жизненно необходимо обеспечивать лето организму суровой якутской зимой? Ответы на эти вопросы можно получить в видеозаписи интервью профессора Геннадия ПАЛЬШИНА, доктора медицинских наук, главного внештатного травматолог МЗ РФ по ДВФО, научного руководителя отделения ортопедии Республиканской больницы №2 – ЦЭМП. Просмотр доступен по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=1P85KfcKfD8

 Пресс — служба РБ №2 — ЦЭМП

Остеокласт

Остеокластов (от Древнегреческий ὀστέον (Остеон)  «кости», и κλαστός (clastos)  «ломаные») является одним из видов костных клеток , что разрушает костную ткань . Эта функция имеет решающее значение в обслуживании, ремонте и реконструкции из костей в позвоночном скелете . Остеокласт разбирает и переваривает смесь гидратированного белка и минерала на молекулярном уровне, выделяя кислоту и коллагеназу , процесс, известный как резорбция кости . Этот процесс также помогает регулировать уровень кальция в крови..

Остеокласты находятся на тех поверхностях кости, которые подвергаются резорбции. На таких поверхностях остеокласты расположены в неглубоких углублениях, называемых резорбционными бухтами (лакуны Ховшипа) . Заливки резорбции создаются за счет эрозионного воздействия остеокластов на подлежащую кость. На границе нижней части остеокласта наблюдаются пальцевидные отростки из-за наличия глубоких завитков клеточной мембраны ; эта граница называется волнистой . Рифленая граница находится в контакте с поверхностью кости в зоне резорбции. Периферия взъерошенной границы окружена кольцеобразной зоной цитоплазмы, лишенной клеточных органелл, но богатой актиновыми филаментами.. Эта зона называется чистой зоной или зоной запечатывания . Актиновые филаменты позволяют клеточной мембране, окружающей зону уплотнения, прочно прикрепиться к костной стенке лакуны Ховшипа. Таким образом создается закрытый субостеокластический отсек между взъерошенной границей и костью, которая подвергается резорбции. Остеокласты секретируют в этот отсек ионы водорода , коллагеназу , катепсин К и гидролитические ферменты. Резорбция костного матрикса остеокластами включает два этапа: (1) растворение неорганических компонентов (минералов) и (2) переваривание органического компонента костного матрикса. Остеокласты перекачивают ионы водорода в субостеокластический отсек.и, таким образом, создают кислую микросреду, которая увеличивает растворимость костного минерала, что приводит к высвобождению и повторному проникновению костных минералов в цитоплазму остеокластов, которые доставляются в близлежащие капилляры. После удаления минералов коллагеназа и желатиназа секретируются в субостеокластический компартмент. Эти ферменты переваривают и разрушают коллаген и другие органические компоненты декальцинированного костного матрикса. Продукты распада фагоцитируются остеокластами на взъерошенной границе. Из-за своих фагоцитарных свойств остеокласты считаются компонентом мононуклеарной системы фагоцитов.(МПС). Активность остеокластов контролируется гормонами и цитокинами. Кальцитонин, гормон щитовидной железы, подавляет остеокластическую активность. Остеокласты не имеют рецепторов паратироидного гормона (ПТГ). Однако ПТГ стимулирует остеобласты к секреции цитокина, называемого фактором, стимулирующим остеокласты, который является мощным стимулятором активности остеокластов. [1]

Одонтокласт (/ odon · to · clast /; o-don´to-klast) — это остеокласт, связанный с абсорбцией корней временных зубов . [2] [3] [4]

Остеокласт — это большая многоядерная клетка, а остеокласты человека на кости обычно имеют пять ядер и имеют диаметр 150–200 мкм. Когда индуцирующие остеокласты цитокины используются для преобразования макрофагов в остеокласты, возникают очень большие клетки, которые могут достигать 100 мкм в диаметре. Они могут иметь десятки ядер и обычно экспрессируют основные белки остеокластов, но имеют значительные отличия от клеток живой кости из-за неприродного субстрата. [5] [6] Размер многоядерного собранного остеокласта позволяет ему сосредоточить ионный транспорт, белок секреторный и везикулярный транспортный потенциал многих макрофагов на локализованном участке кости.


Иллюстрированный поперечный разрез активированного остеокласта

Роль цитокинов в ремоделировании костной ткани и патогенезе постменопаузального остеопороза | Игнатенко

Введение

Вначале 70-х гг. прошлого столетия появились первые доказательства наличия тесной связи между иммунной системой и костной тканью. J.E. Horton и соавт. [1] продемонстрировали в своих новаторских исследованиях способность иммунокомпетентных клеток выделять факторы, которые стимулируют функцию остеокластов и приводят к усилению резорбции кости. В 1990-х гг. была установлена ключевая роль в регуляции остеокластов и в ремоделировании костной ткани цитокиновой системы RANKL/RANK/OPG [2]. В 2000 г. американские ученые J.R. Arron и Y. Choi [3] предложили термин «Остеоиммунология». И этим термином была обозначена новая область научных знаний, которая изучает закономерности взаимодействия иммунной и костной систем организма в норме и патологии.

Бурное развитие и существенные успехи остеоиммунологии позволили выделить важную роль иммунных факторов в патологии костной системы и существенно пересмотреть представления о механизмах развития различных заболеваний скелета, в том числе остеопороза. В последние годы, благодаря доказательствам ключевой роли иммунных механизмов, остеопороз стали называть хроническим иммуноопосредованным заболеванием [4,5]. А в 2018 г., учитывая важнейший вклад иммунной системы в патогенез остеопороза, R.K. Srivastava и соавт. [6] научно обоснованно ввели термин «Иммунопороз».

В настоящее время уже не вызывает сомнений то, что участие иммунных механизмов в патогенезе костной патологии не менее актуально, чем при инфекционных и аутоиммунных заболеваниях, аллергии. Более того, остеоиммунология бурно развивается, с каждым годом демонстрируя новые сведения о патогенезе заболеваний скелета и открывая новые перспективы для профилактики и лечения такой широко распространенной патологии человека как остеопороз. С целью отражения уже достигнутых успехов в области остеоиммунологии и исследовании роли цитокинов в патогенезе остеопороза, для обоснования необходимости дальнейшего научного поиска в этом направлении, в том числе разработки прикладных решений, и подготовлен данный обзор литературы.

Цитокины в регуляции дифференцировки остеобластов

Остеобласты (ОБ) происходят из мезенхимальных стволовых клеток. Мезенхимальные стволовые клетки расположены в костном мозге и способны созревать в различные типы клеточных элементов, в частности в хондроциты, адипоциты и ОБ [7]. Дифференцировка их именно в ОБ обусловлена высокоспецифичным сочетанием комплекса факторов, основные из которых представлены на рис. 1.

Точный перечень факторов, участвующих в созревании ОБ, окончательно не определен [8,9]. Не до конца изучена и биологическая роль каждого из них. Однако уже сейчас ясно, что в дифференцировку ОБ большой вклад вносят иммунные факторы. Так, показано, что убТ лимфоциты ускоряют пролиферацию и дифференцировку ОБ путем усиления секреции интерлейкина (IL)-17A [10]. Макрофаги подавляют активность линии остеобластных клеток путем продукции фактора некроза опухолей альфа (TNF-α) и макрофагального воспалительного белка 1-α (CCL-3), которые являются мощными ингибиторами дифференцировки вышеуказанных клеток [11]. Угнетается процесс образование ОБ цитокином IL-3, а также повышенными уровнями глюкокортикоидных гормонов [12].

Рисунок 1. Основные факторы в регуляции дифференцировки остеобластов.

Figure 1. The main factors in osteoblast differentiation regulation.

Положительное влияние на развитие ОБ оказывают такие цитокины как трансформирующий фактор роста в β (TGF-β), костные морфогенетические белки суперсемейства TGF-β (BMPs), инсулиноподобный фактор роста (IGF), фактор роста фибробластов (FGF), IL-11. Недавно выполненными исследованиями было показано участие в процессе дифференцировки ОБ противовоспалительного цитокина IL-10 [13]. IL-10 был идентифицирован как важный цитокин, который усиливает остеобластогенез.

Витамин D и эстрогены также являются важными факторами, оказывающими стимулирующее действие на ОБ и образование кости в целом [14,15]. При этом следует учитывать, что дефицит витамина D и женских половых гормонов сопровождается ослаблением не только прямых их эффектов на костные клетки. Более важным в патогенезе остеопороза считается то, что снижение концентраций вышеуказанных гуморальных факторов обусловливает изменения в иммунной системе. Эти изменения характеризуются повышенной секрецией ряда провоспалительных цитокинов (IL-1, IL-6, IL-17 и др.), которые в конечном итоге и приводят к усилению резорбции костной ткани [16].

Цитокины в регуляции ремоделирования костной ткани в физиологических условиях

Процесс ремоделирования кости в физиологических условиях требует постоянного и активного взаимодействия трех основных типов клеток — остеоцитов, ОБ и остеокластов (ОК). Этими клетками обеспечивается эффективная регуляция остеобластогенеза, остеокластогенеза и ангиогенеза, вследствие чего костная ткань, постоянно обновляясь, сохраняет свою структуру и свойства [17,18]. Установлено, что взаимодействие между ОБ и ОК может осуществляться посредством прямого контакта или через внеклеточные везикулы [19]. При этом передача информации между клетками происходит путем обмена молекулами низкой молекулярной массы, в том числе цитокинами [2].

Следует отметить, что молекулярные механизмы клеточной коммуникации между ОБ и ОК являются одними из наиболее важных в биологии костных клеток и ремоделировании кости в физиологических условиях. Причем, взаимосвязь между вышеуказанными клетками осуществляется на различных стадиях их дифференцировки. При этом центральное внимание уделяется ОБ, которым отводится ключевая роль в обеспечении созревания ОК, контроле их активности и регуляции ремоделирования кости в целом. В последние годы появляется все больше доказательств и сильных обратных связей, посредством которых ОК влияют на созревание и активность ОБ [20,21].

И именно от перекрестных связей между остеобластами и остеокластами зависит гомеостаз кости и процессы ее ремоделирования в физиологических условиях. А взаимодействие и кооперация ОБ и ОК, обеспечение их функционального баланса обусловливается многими цитокинами, гормонами и сигнальными путями.

Регуляция остеобластами функции ОК осуществляется благодаря их способности секретировать ряд гуморальных факторов [2,17], основными из которых являются следующие:

  • макрофагальный колониестимулирующий фактор (M-CSF, цитокин) — стимулирует остеокластогенез;
  • лиганд активатора рецептора ядерного фактора кВ (RANKL, цитокин суперсемейства TNF) — стимулирует остеокластогенез;
  • остеопротегерин (OPG, цитокин суперсемейства TNF) — ингибирует остеокластогенез;
  • моноцитарный хемоаттрактантный белок-1 (MCP- 1, цитокин) — стимулирует остеокластогенез;
  • семафорин 3A (SEMA3A) — ингибирует остеокластогенез;
  • лизофосфатидная кислота (LPA) — стимулирует остеокластогенез;
  • лиганд к рецептору апоптоза Fas (FasL, цитокин суперсемейства TNF) — вызывает апоптоз остеокластов.

Остеоциты являются источником склеростина (SOST), который обладает выраженным ингибирующим действием на дифференцировку ОБ благодаря свойству блокировать WNT-сигнальный путь [22]. Необходимо отметить, что и ОК в определенных условиях также способны синтезировать SOST и тем самым уменьшать костеобразующий потенциал ОБ [23].

Кроме того, ОК продуцируют такие мощные ингибиторы остеобластогенеза, как белок Atp6v0d2 и семафорин 4D (Sema4D). Синтезируемые же остеокластами С3a и С5а компоненты комплемента, наоборот, стимулирует дифференцировку ОБ [20, 24]. Результаты нескольких последних исследований подчеркивают остеоанаболический потенциал и сфингозин-1-фосфата (S1P). S1P идентифицируется как ключевой мессенджер (система обмена мгновенными сообщениями), связанный с ОК и локально повышающий костеобразующую способность ОБ [25]. Молекулы SLIT3 (Slit guidance ligand 3 — щелевой направляющий лиганд 3), которые продуцируются остеокластами, усиливают миграцию и пролиферацию ОБ путем активации β-катенина и в то же время подавляют остеокластогенез аутокринным путем [26].

Кроме того, ОК секретируют костный морфогенетический белок BMP6, CTHRC1 (rallagen triple helix repeat containing 1), EFNB2 (еphrin-B2 protein), WNT10B (белок WNT-сигнального пути), CT-1 (кардиотропин-1, цитокин), которые участвуют в регуляции ОБ и остеоцитов и тем самым влияют на остеогенез [27].

Каждый из вышеуказанных гуморальных факторов играет важную роль во взаимодействиях ОБ и ОК. Однако ключевое значение в регуляции ремоделирования костной ткани и в остеокластогенезе отводят двум цитокинам [28]. Обязательным условием для образования зрелых ОК является воздействие на их предшественников M-CSF и RANKL (рис. 2).

Образование комплекса M-CSF с рецептором C-fms на предшественниках ОК является необходимым условием для ранней стадии дифференциации вышеуказанных клеток. M-CSF стимулирует экспрессию в ОК молекул RANK (активатор рецептора ядерного фактора кВ) и повышает пролиферативную активность ОК. Кроме того, M-CSF увеличивает жизнеспособность ОК благодаря способности ингибировать их апоптоз.

Молекулы RANKL относятся к цитокиновой системе RANK/RANKL/OPG, которая выполняет ключевую роль в активации NF-кВ-сигнального пути и регуляции остеокластогенеза [30]. А нарушения в этой системе являются ведущими в патогенезе постменопаузального ОП [31].

RANKL связывается с рецептором RANK на предшественниках или зрелых ОК [9,18,31-34]. Воздействие образующегося при этом комплекса RANKL-RANK на клетки осуществляется через ряд факторов транскрипции с участием TRAF6 (фактора 6, ассоциированного с рецептором фактора некроза опухолей, TNF receptor-associated factor 6), NF-kB, с-Fos, фосфолипазы Cy (PLCy), транскрипционного фактора NFATc1 (ядерный фактор активированных Т-клеток c1). В итоге образование комплекса RANKL-RANK приводит к повышенной экспрессии генов TRAP (тартрат-устойчивая кислая фосфатаза), катепсина К, интегрина β3, остеокласт-ассоциированного рецептора (OSCAR) и других генов, необходимых для образования активных ОК и обеспечения их функции.

Важным третьим компонентом системы RANKL/ RANK/OPG является остеопротегерин (OPG), который также относится к цитокинам суперсемейства TNF. OPG обеспечивает протективную роль в отношении резорбции костной ткани и активации ОК, являясь растворимым «рецептором-ловушкой» для RANKL [31,35]. В итоге степень активации ОК определяется количественным соотношением продукции молекул RANKL и OPG. В отсутствие патологии соотношение OPG/RANKL находится в определенном равновесии. При остеопорозе соотношение нарушается в сторону превалирования уровней RANKL. Моногочисленные эксперименты на животных демонстрируют, что сверхэкспрессия OPG приводит к увеличению плотности костной ткани — остеопетрозу, — а сниженная продукция вышеуказанных молекул — к остеопорозу. Необходимо отметить, что экспрессия OPG в ОБ регулируется рядом гормонов, цитокинов и факторов роста, среди которых важное значение имеют эстрогены, витамин D и TNF.

Рисунок 2. Центральная роль лиганда активатора рецептора ядерного фактора кВ (RANKL) и макрофагального колониестимулирующего фактора (M-CSF) в дифференцировке и регуляции активности остеокластов в физиологических условиях (адаптировано по M.N. Weitzmann, 2006 [29]).

Figure 2. The central role of receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand (RANKL) and macrophage colony stimulating factor (M-CSF) in differentiation and regulation of osteoclast activity under physiological conditions (adapted from M.N. Weitzmann,2006 [29]).

Примечание: RANK — активатор рецептора ядерного фактора кВ; C-fms — специфический рецептор для M-CSF.
Note: RANK — receptor activator of nuclear factor кВ; C-fms — specific receptor for M-CSF.

Как было ранее указано, в физиологических условиях источником важных для остеокластогенза цитокинов M-CSF, RANKL и OPG являются главным образом зрелые ОБ и остеоциты, в меньшей степени — предшественники ОБ, мезенхимальные стромальные клетки. В связи с этим в норме именно эти клетки играют решающую роль в регуляции дифференцировки предшественников ОК и в обеспечении контроля активности уже зрелых ОК. Поэтому в значительной степени регуляция ремоделирования костной ткани в физиологических условиях ограничивается системой «Остеоцит-ОБ-ОК». Цитокиновой же системе RANKL-RANK-OPG отводят при этом ключевое значение во взаимодействиях ОБ и ОК, а также в остеокластогенезе.

Цитокины и нарушение костного ремоделирования при остеопорозе

Система RANKL/RANK/OPG играет важную роль не только в остеокластогенезе, но и в развитии и функционировании иммунных органов человека, в том числе лимфатических узлов, тимуса, костного мозга, селезенки, а также в регуляции иммунного ответа [31, 36, 37]. А экспрессия RANKL свойственна не только ОБ. Выраженная продукция цитокина RANKL отмечена и иммунокомпетентными клетками — активированными Т-лимфоцитами, В-лимфоцитами, моноцитами, макрофагами и др. У В-клеток обнаружено свойство секретировать и OPG. На B-лимфоциты приходится 64 % от общего производства OPG в костном мозге [38].

При этом необходимо учитывать, что в физиологических условиях роль иммунокомпетентных клеток в активации остеокластогенеза и стимуляции резорбции кости несущественна [39]. Однако при патологических состояниях, обусловленных рядом аутоиммунных и воспалительных заболеваний, эндокринными нарушениями, в том числе дефицитом эстрогенов в постменопаузе и т.д., и сопровождающихся активацией иммунной реактивности, происходит выраженное увеличение продукции различными типами иммунокомпетентных клеток молекул RANKL (рис. 3). Вследствие этого потенцируется остеокластогенез, повышается активность ОК и усиливается резорбция кости.

Рисунок 3. Продукция лиганда активатора рецептора ядерного фактора кВ (RANKL) в норме и патологии (адаптировано по S.M. Jung и соавт., 2014 [39]).

Figure 3. Expression of receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand (RANKL) in normal and pathological conditions (adapted from S.M. Jung et al., 2014 [39]).

Примечание: ФПС — фибробластоподобные синовиоциты.
Note: ФПС — fibroblast-like synoviocytes (FPS).

Кроме того, активация иммунных клеток, которая может быть обусловлена у женщин в постменопаузе недостаточностью эстрогенов, приводит к увеличению продукции не только RANKL, но и других провоспалительных цитокинов [37,40,41]. И это представляется даже более важным в патогенезе постменопаузального остеопороза. Именно таким провоспалительным цитокинам как IL-1, IL-6, IL-7, IL-17, TNF отводят роль основных медиаторов ускоренной потери костной массы у женщин в постменопаузе. Результаты многочисленных научных работ, проведенных в экспериментах in vitro и in vivo, в том числе на моделях животных, доказали, что IL-1, IL-6, IL-7, IL-17, TNF, M-CSF и ряд других цитокинов иммунокомпетентных клеток (Т- и В-лимфоциты, натуральные киллеры, моноциты/макрофаги и др.) способны усиливать остеокластогенез и потенцировать резорбцию костной ткани [42]. Основные цитокины, участвующие в ремоделировании кости, и их эффекты [4,6,9,31,32,39,42,43] представлены ниже:

  • IL-1. Прорезорбтивный эффект стимулирует созревание остеокластов RANKL-независимым путем посредством стимуляции экспрессии TRAF6, NF-kB-сигнального пути; в синергизме с RANKL усиливает дифференцировку ОК; увеличивает секрецию RANKL стромальными клетками и ОБ; опосредует вызванный TNF-α остеокластогенез; увеличивает экспрессию прорезорбтивного простагландина E2; является важным медиатором постменопаузального остеопороза.
  • IL-4. Антирезорбтивный эффект ингибирует RANKL-зависимый и TNF-α-зависимый остеокластогенез; ингибирует эффект IL-1 и экспрессию c-Fos и NFATc1; снижает экспрессию RANKL; стимулирует образование OPG. Прорезорбтивный эффект индуцирует экспрессию TNF-α макрофагами посредством IL-6; увеличивает синтез ИЛ-1.
  • IL-6. Прорезорбтивный эффект стимулирует выработку RANKL стромальными клетками; индуцирует RANKL-зависимый остеокластогенез; обладает синергизмом при совместном действии с IL-1, TNF-α и простагландинами в остеокластогенезе; ингибирует дифференцировку ОБ; индуцирует генерализованное воспаление; является важным медиатором постменопаузального остеопороза. Антирезорбтивный эффект подавляет дифференцировку ранних клеток-предшественников ОК и уменьшает образование ОК; подавляет канал сигнализации RANK; индуцирует образование OPG.
  • IL-7. Прорезорбтивный эффект стимулирует пролиферацию и дифференцировку Т-лимфоцитов; активирует T и B-клетки; усиливает продукцию RANKL и других остеокластогенных цитокинов Т-клетками; обладает синергизмом при совместном действии с IL-1, TNF-α и IFN-γ в остеокластогенезе. Антирезорбтивный эффект угнетает остеокластогенез прямым действием на ОК.
  • IL-8. Прорезорбтивный эффект увеличивает продукцию RANKL. Антирезорбтивный эффект увеличивает образование оксида азота.
  • IL-10. Антирезорбтивный эффект стимулирует созревание ОБ, увеличивает образование оксида азота; усиливает выработку OPG; ингибирует экспрессию RANKL; ингибирует NF-kB-сигнальный путь; стимулирует противовоспалительную диф- ференцировку клеток Th2; ингибирует выработку провоспалительных и проостеокластогенных цитокинов. Прорезорбтивный эффект в синергизме с IL-4 увеличивает экспрессию TNF-α.
  • IL-11. Прорезорбтивный эффект увеличивает соотношение RANKL/OPG. Антирезорбтивный эффект: действует как антагонист IL-6.
  • IL-12. Прорезорбтивный эффект индуцирует выработку ИЛ-1 и цитокинов клетками Th2. Антирезорбтивный эффект подавляет индуцированный Т-клетками остеокластогенез; обладает прямым ингибирующим действием на ОК; обладает синергизмом при совместном действии с IFN-γ и IL-18.
  • IL-13. Прорезорбтивный эффект ингибирует активность ОБ и минерализацию кости. Антирезорбтивный эффект: подавляет активность ОК.
  • IL-15. Прорезорбтивный эффект усиливает диф- ференцировку ОК; обладает синергизмом при совместном действии с TNF-α.
  • IL-17. Прорезорбтивный эффект повышает продукцию RANKL остеобластами, синовиальными клетками и фибробластами; повышает чувствительность ОК к RANKL; усиливает синтез матриксных металлопротеиназ — ММР; индуцирует экспрессию провоспалительных цитокинов TNF-α, IL-1, IL-6, IL8 и др.; усиливает остеокластогенез через стимуляцию продукции простагландина Е2 остеобластами; обладает синергизмом при совместном действии с TNF-α, IL-1 и простаглан- динами в остеокластогенезе; является важным медиатором постменопаузального остеопороза. Антирезорбтивный эффект подавляет образование ОК при высоких концентрациях; ингибирует остеокластогенез путем индукции GM-CSF.
  • IL-18. Антирезорбтивный эффект повышает продукцию OPG стромальными клетками, GM-CSF и IFN-γ Т клетками; ингибирует RANKL/RANK-сигнализацию.
  • IL-23. Прорезорбтивный эффект увеличивает пул предшественников ОК; увеличивает популяцию клеток Th27; стимулирует продукцию IL-17 и RANKL; активирует ОК при воспалительных процессах. Антирезорбтивный эффект ингибирует созревание предшественников ОК и активность зрелых ОК в физиологических условиях; обладает синергизмом при совместном действии с IL-18 в ингибировании остеокластогенеза.
  • IL-27. Антирезорбтивный эффект блокирует NF- кВ-сигнальный путь — RANK-зависимый остеокластогенез; ингибирует образование ОК.
  • IL-31. Прорезорбтивный эффект стимулирует продукцию провоспалительных цитокинов TNF-α, IL-1β, IL-8, хемокинов и матриксных металлопротеиназ (ММР).
  • IL-32. Прорезорбтивный эффект стимулирует продукцию провоспалительных цитокинов; индуцирует дифференцировку предшественников ОК. Антирезорбтивный эффект ингибирует созревание ОК.
  • IL-33. Прорезорбтивный эффект стимулирует экспрессию TNF-α; обладает синергизмом при совместном действии с IL-6 в усилении резорбции кости. Антирезорбтивный эффект обладает синергизмом при совместном действии с IL-4 в ингибировании активности предшественников остеокластов и остеокластов.
  • TNF-α. Прорезорбтивный эффект стимулирует продукцию RANKL, M-CSF и с-Fms на остеокластах; независимо от RANKL или в синергизме с RANKL усиливает дифференцировку ОК; активирует в ОК транскрипционные факторы TRAF2, NF-kB; ингибирует апоптоз ОК; ингибирует созревание предшественников ОБ и активность ОБ; индуцирует апоптоз ОБ; ингибирует Wnt-сигнальный путь; подавляет активность генов щелочной фосфатазы, рецептора витамина D, рецептора паратгормона, участвующих в формировании костей; является важным медиатором постменопаузального остеопороза.
  • TGF-p. Прорезорбтивный эффект стимулирует RANKL-зависимый остеокластогенез. Антирезорбтивный эффект подавляет процесс активации Т-клеток; подавляет эффекты провоспалительных цитокинов; стимулирует апоптоз ОК; стимулирует дифференцировку и миграцию предшественников ОБ; потенцирует продукцию остеобластами OPG.
  • INF-γ. Прорезорбтивный эффект стимулирует экспрессию антигенов главного комплекса гистосовместимости II класса на антиген-представляющих клетках; усиливает презентацию антигена и активирует Т-клетки; повышает продукцию остеокластогенных цитокинов. Антирезорбтивный эффект снижает продукцию катепсина K остеокластами; подавляет остеокластогенез, опосредованный паратиреоидным гормоном и IL-1; действует как антагонист TNF-α.
  • M-CSF. Прорезорбтивный эффект регулирует экспрессию RANK предшественниками ОК; стимулирует дифференцировку клеток моноцитарно-макрофагальной линии; увеличивает пул предшественников ОК; в синергизме с RANKL участвует в образовании зрелых ОК.

Важно отметить, что вышеуказанные провоспалительные цитокины в силу своих биологических свойств как напрямую могут оказывать стимулирующее воздействие на остеокластогенез, в том числе RANKL- независимым путем [44], так и опосредованно — путем индукции синтеза друг друга, а также потенцируя экспрессию RANKL. Причем, наиболее мощные резорбтивные эффекты характерны для TNF-α, IL-1, IL-6 и IL-17. В связи с этим указанные цитокины получили название проостеокластогенных и были отнесены к наиболее значимым медиаторам постменопаузального остеопороза.

Следует указать, что среди клеток иммунной системы ключевую роль в нарушениях регуляции ремоделирования кости отводят Т-лимфоцитам [4,6]. Снижение продукции эстрогенов у женщин в постменопаузальном периоде сопровождается активацией вышеуказанных клеток и ростом секреции ими как провоспалительных, так и противовоспалительных цитокинов (рис. 4). Конечный эффект Т лимфоцитов на костную ткань зависит от количественных и функциональных соотношений различных их популяций, фенотипов (CD4+ или CD8+, Th2, Th3, Treg или Th27 и т.д.) и, конечно же, от интенсивности продукции ими тех или иных цитокинов.

Заключение

Рисунок 4. Роль Т лимфоцитов и их цитокинов в регуляции остеокластогенеза (адаптировано по R.K. Srivastava и соавт., 2018 [6]).

Figure 4. The role of T lymphocytes and their cytokines in osteoclastogenesis regulation (adapted from R.K. Srivastava et al., 2018 [6]).

Примечание: APCs — антиген-представляющие клетки; IL — интерлейкин; TGF-β — трансформирующий ростовой фактор бета; Th2, Th3, Th9, Th27 — Т хелперы 1, 2, 9 и 17 типов; Treg — Т лимфоциты регуляторные; CD8+Treg — регуляторные Т цитотоксические лимфоциты; NKT — натуральные киллерные Т клетки; TFH — фолликулярные Т хелперы; γ5T — γбТ лимфоциты; INF-γ — интерферон гамма; TNF-α — фактор некроза опухолей альфа; RANKL — лиганд активатора рецептора ядерного фактора кВ; CTLA-4 — ассоциированный с цитотоксическими Т лимфоцитами протеин 4.

Note: APCs — antigen-presenting cells; IL — interleukin; TGF-β — transforming growth factor beta; Th2, Th3, Th9, Th27 — T helpers of types 1, 2, 9 and 17; Treg — T lymphocytes regulatory; CD8+ Treg — regulatory T cytotoxic lymphocytes; NKT — natural killer T cells; TFH — follicular T helpers; γST — yST lymphocytes; INF-γ — interferon gamma; TNF-α — tumor necrosis factor alpha; RANKL — receptor activator of nuclear factor kB ligand; CTLA-4 — protein 4 associated with cytotoxic T lymphocytes.

Таким образом, результаты проведенных в последние годы исследований существенно расширили представления о роли цитокинов в ремоделировании костной ткани и патогенезе остеопороза. На данный момент на клеточном и молекулярном уровнях доказана ключевая роль иммунных факторов в развитии остеопоротических нарушений костной ткани, в том числе при постменопаузальном остеопорозе. Накопленные за последние годы данные о роли иммунных механизмов в патогенезе заболеваний костной системы имеют важную научную ценность и частично применяются в практической медицине. Уже сейчас есть научно обоснованные предпосылки и для дальнейшего более широкого использования результатов научных изысканий при разработке новых подходов в профилактике и терапии постменопаузального остеопороза, в том числе исходя из того, что остеопороз у женщин в постменопаузе является хроническим воспалительным заболеванием, а центральное значение в его патогенезе имеет степень активации иммунокомпетентных клеток и уровень экспрессии ими провоспалительных и противовоспалительных цитокинов. При этом в качестве фармакологических мишеней в будущих терапевтических стратегиях по предотвращению потери костной массы и переломов могут быть как сами клеточные источники вышеуказанных медиаторов, так и непосредственно те или иные цитокины. Однако далеко не все аспекты остеоиммунологии изучены достаточно полно. В ряде случаев полученные результаты являются неоднозначными, спорными или не до конца решенными. Поэтому требуются дальнейшие исследования для более глубокого понимания механизмов регуляции костного ремоделирования иммунными факторами в норме и патологии.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Finansing. The study did not have sponsorship.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest. Authors declares no conflict of interest.

1. Horton J.E., Raisz L.G., Simmons H.A., Oppenheim J.J., Mergenhagen S.E. Bone resorbing activity in supernatant fl uid from cultured human peripheral blood leukocytes // Science. – 1972. – V.177. – P.793-795. https://doi.org/10.1126/science.177.4051.793

2. Chen X., Wang Z., Duan N., Zhu G., Schwarz E.M., Xie C. Osteoblast-osteoclast interactions // Connect Tissue Res. – 2018. – V.59, №2. – Р.99-107. https://doi.org/10.1080/03008207.2017.1290085

3. Arron J.R., Choi Y. Bone versus immune system // Nature. – 2000. – V.408. – Р.535-536. https://doi.org/10.1038/35046196

4. Ginaldi L., De Martinis M. Osteoimmunology and Beyond // Curr. Med. Chem. – 2016. – V.23, №33. – Р.3754-3774. https://doi.org/10.2174/0929867323666160907162546

5. Liu H., Luo T., Tan J., Li M., Guo J. Osteoimmunology’ Offers New Perspectives for the Treatment of Pathological Bone Loss // Curr Pharm Des. – 2017. – V.23, №41. – Р. 6272-6278. https://doi.org/10.2174/1381612823666170511124459

6. Srivastava R.K., Dar H.Y., Mishra P.K. Immunoporosis: Immunology of Osteoporosis-Role of T Cells // Front Immunol. – 2018. – V.9. – Р.657. https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.00657

7. Hu L., Yin C., Zhao F., Ali A., Ma J., Qian A. Mesenchymal Stem Cells: Cell Fate Decision to Osteoblast or Adipocyte and Application in Osteoporosis Treatment // Int J Mol Sci. – 2018. – V.19, №2. – Р.360. https://doi.org/10.3390/ijms19020360

8. Chen Q., Shou P., Zheng C., Jiang M., Cao G. et al. Fate decision of mesenchymal stem cells: adipocytes or osteoblasts? // Cell Death Diff er. – 2016. – V.23, №7. – P.1128-1139. https://doi.org/10.1038/cdd.2015.168

9. Guder C., Gravius S., Burger C., Wirtz D.C., Schildberg F.A. Osteoimmunology: A Current Update of the Interplay Between Bone and the Immune System // Front Immunol. – 2020. – V.11. – P.58. https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.00058

10. Ono T., Takayanagi H. Osteoimmunology in bone fracture healing // Curr Osteoporos Rep. – 2017. – V.15, №4. – P.367-375. https://doi.org/10.1007/s11914-017-0381-0

11. Gong L., Zhao Y., Zhang Y., Ruan Z. The macrophage polarization regulates MSC osteoblast differentiation in vitro // Ann Clin Lab Sci. – 2016. – V.46, №1. – P.65-71. PMID: 26927345

12. Han L., Wang B., Wang R., Gong S., Chen G., Xu W. The shift in the balance between osteoblastogenesis and adipogenesis of mesenchymal stem cells mediated by glucocorticoid receptor // Stem Cell Res Ther. – 2019. – V.10, №1. – P.377. https://doi.org/10.1186/s13287-019-1498-0

13. Vallés G., Bensiamar F., Maestro-Paramio L., García-Rey E., Vilaboa N., Saldaña L. Influence of inflammatory conditions provided by macrophages on osteogenic ability of mesenchymal stem cells // Stem Cell Res Ther. – 2020. – V.11, №1. – P.57. https://doi.org/10.1186/s13287-020-1578-1

14. Поворознюк В.В., Резниченко Н.А., Майлян Э.А. Регуляция эстрогенами ремоделирования костной ткани // Репродуктивная эндокринология. – 2014. – T.15, №1. – С.14-18.

15. Майлян Э.А. Регуляция витамином D метаболизма костной ткани // Медицинский вестник Юга России. – 2017. – T.8, №1. – C.12-20. https://doi.org/10.21886/2219-8075-2017-1-12-20

16. Майлян Э.А. Современные представления об этиологии и патогенезе постменопаузального остеопороза // Проблемы остеологии. – 2015. – T.18, №2. – С.3-11.

17. Han Y., You X., Xing W., Zhang Z., Zou W. Paracrine and endocrine actions of bone-the functions of secretory proteins from osteoblasts, osteocytes, and osteoclasts // Bone Res. – 2018. – №6. – P.16. https://doi.org/10.1038/s41413-018-0019-6

18. Kenkre J.S., Bassett J. The bone remodelling cycle // Ann Clin Biochem. – 2018. – V.55, №3. – P. 308-327. https://doi.org/10.1177/0004563218759371

19. Yuan F.L., Wu Q.Y., Miao Z.N., Xu M.H., Xu R.S. et al. Osteoclast-Derived Extracellular Vesicles: Novel Regulators of Osteoclastogenesis and Osteoclast-Osteoblasts Communication in Bone Remodeling // Front Physiol. – 2018 . – V.9. – P.628. https://doi.org/10.3389/fphys.2018.00628

20. Matsuoka K., Park K.A., Ito M., Ikeda K, Takeshita S. Osteoclast-derived complement component 3a stimulates osteoblast diff erentiation // J Bone Miner Res. – 2014. – V.29, №7. – P.1522-1530. https://doi.org/10.1002/jbmr.2187

21. Wang L., Liu S., Zhao Y., Liu D., Liu Y. et al. Osteoblastinduced osteoclast apoptosis by fas ligand/FAS pathway is required for maintenance of bone mass // Cell Death Differ. – 2015. – V.22, №10. – Р.1654-1664. https://doi.org/10.1038/cdd.2015.14

22. Delgado-Calle J., Sato A.Y., Bellido T. Role and mechanism of action of sclerostin in bone // Bone. – 2017. – V.96. – P.29-37. https://doi.org/10.1016/j.bone.2016.10.007

23. Ota K., Quint P., Ruan M., Pederson L., Westendorf J.J. et al. Sclerostin is expressed in osteoclasts from aged mice and reduces osteoclast-mediated stimulation of mineralization // J Cell Biochem. – 2013. – V.114, №8. – P.1901-1907. https://doi.org/10.1002/jcb.24537

24. Ignatius A., Schoengraf P., Kreja L., Liedert A., Recknagel S. et al. Complement C3a and C5a modulate osteoclast formation and inflammatory response of osteoblasts in synergism with IL-1β // J Cell Biochem. – 2011. – V.112, №9. – P.2594-2605. https://doi.org/10.1002/jcb.23186

25. Meshcheryakova A., Mechtcheriakova D., Pietschmann P. Sphingosine 1-phosphate signaling in bone remodeling: multifaceted roles and therapeutic potential // Expert Opin Ther Targets. – 2017. – V.21, №7. – P.725-737. https://doi.org/10.1080/14728222.2017.1332180

26. Kim B.J., Lee Y.S., Lee S.Y., Baek W.Y., Choi Y.J. et al. Osteoclast-secreted SLIT3 coordinates bone resorption and formation // J Clin Invest. – 2018. – V.128, №4. – P.1429-1441. https://doi.org/10.1172/JCI91086

27. Kim B.J., Koh J.M. Coupling factors involved in preserving bone balance // Cell Mol Life Sci. – 2019. – V.76, №7. – P.1243-1253. https://doi.org/10.1007/s00018-018-2981-y

28. Поворознюк В.В., Резниченко Н.А., Майлян Э.А. Роль иммунных факторов в патогенезе постменопаузального остеопороза // Проблемы остеологии. – 2013. – Т.16, №3. – С.3-7.

29. Weitzmann M.N., Pacifi ci R. Estrogen defi ciency and bone loss: an inflammatory tale // J. Clin. Invest. – 2006. – V.116, №5. – P.1186-1194. https://doi.org/10.1172/JCI28550

30. Ono T., Nakashima T. Recent advances in osteoclast biology // Histochem Cell Biol. – 2018. – V.149, №4. – P.325-341. https://doi.org/10.1007/s00418-018-1636-2

31. Ono T., Hayashi M., Sasaki F., Nakashima T. RANKL biology: bone metabolism, the immune system, and beyond // Infl amm Regen. – 2020. – V.40. – P.2. https://doi.org/10.1186/s41232-019-0111-3

32. Boyce B.F., Xiu Y., Li J., Xing L., Yao Z. NF-κB-Mediated Regulation of Osteoclastogenesis // Endocrinol Metab (Seoul). – 2015. – V.30, №1. – Р.35-44. https://doi.org/10.3803/EnM.2015.30.1.35

33. Phetfong J., Sanvoranart T., Nartprayut K., Nimsanor N., Seenprachawong K. et al. Osteoporosis: the current status of mesenchymal stem cell-based therapy // Cell Mol Biol Lett. – 2016. – V.21. – P.12. https://doi.org/10.1186/s11658-016-0013-1

34. Amarasekara D.S., Yun H., Kim S., Lee N., Kim H., Rho J. Regulation of Osteoclast Diff erentiation by Cytokine Networks // Immune Netw. – 2018. – V.18, №1. – Р.8. https://doi.org/10.4110/in.2018.18.e8

35. Weitzmann M.N. Bone and the Immune System // Toxicol Pathol. – 2017. – V.45, №7. – Р.911-924. https://doi.org/10.1177/0192623317735316

36. Okamoto K., Nakashima T., Shinohara M., Negishi-Koga T., Komatsu N. et al. Osteoimmunology: The Conceptual Framework Unifying the Immune and Skeletal Systems // Physiol Rev. – 2017. – V.97, №4. – Р.1295-1349. https://doi.org/10.1152/physrev.00036.2016

37. Tobeiha M., Moghadasian M.H., Amin N., Jafarnejad S. Pathway: A Mechanism Involved in Exercise-Induced Bone Remodeling // Biomed Res Int. – 2020. – V.2020. – Р.6910312. https://doi.org/10.1155/2020/6910312

38. Li Y., Toraldo G., Li A., Yang X., Zhang H. et al. B cells and T cells are critical for the preservation of bone homeostasis and attainment of peak bone mass in vivo // Blood. – 2007. – V.109, №9. – Р.3839-3848. https://doi.org/10.1182/blood-2006-07-037994

39. Jung S.M., Kim K.W., Yang C.W., Park S.H., Ju J.H. Cytokine-mediated bone destruction in rheumatoid arthritis // J Immunol Res. – 2014. – V.2014. – Р.263625. https://doi.org/10.1155/2014/263625

40. Brincat S.D., Borg M., Camilleri G., Calleja-Agius J. The role of cytokines in postmenopausal osteoporosis // Minerva Ginecol. – 2014. – V.66, №4. – Р.391-407.PMID: 25020058

41. Dar H.Y., Azam Z., Anupam R., Mondal R.K., Srivastava R.K. Osteoimmunology: The Nexus between bone and immune system // Front Biosci (Landmark Ed). – 2018. – V.23. – Р.464-492. https://doi.org/10.2741/4600

42. Kany S., Vollrath J.T., Relja B. Cytokines in inflammatory Disease // Int J Mol Sci. – 2019. – V.20, №23. – Р.6008. https://doi.org/10.3390/ijms20236008

43. De Martinis M., Sirufo M.M., Suppa M., Ginaldi L. IL-33/IL-31 Axis in Osteoporosis // Int J Mol Sci. – 2020. – V.21, №4. – Р.1239. https://doi.org/10.3390/ijms21041239

44. Park-Min K.H. Mechanisms involved in normal and pathological osteoclastogenesis // Cell Mol Life Sci. – 2018. – V.75, №14. – Р.2519-2528. https://doi.org/10.1007/s00018-018-2817-9


Osteoclast — обзор | ScienceDirect Topics

Базовая биология остеокластов

Остеокласт, единственная клетка, способная к деградации кости, имеет гематопоэтическое происхождение. Этот факт был подтвержден на человеке в элегантном эксперименте, в котором трансплантация мужского костного мозга женщине-реципиенту, страдающей злокачественным остеопетрозом, привела к разрешению болезни, сопровождавшейся появлением остеокластов, несущих только Y-хромосому [10]. Многие эксперименты подтвердили первоначальное открытие, включая множество примеров репликации ранней работы по спасению костного мозга, а также исследования, в которых мыши лишены раннего миелоид-специфического гена PU.1 не развивают остеокласты [11].

Хотя ясно, что гемопоэтические стволовые клетки (HSCs) являются предшественниками остеокластов, начальные этапы развития клонов полностью не определены [12]. Таким образом, самым ранним предшественником, который может быть выделен и легко обработан in vitro, является макрофаг костного мозга (BMM) или его селезеночный аналог, клетки, которые возникают из HSC по не полностью изученным сигнальным путям. Теперь возможно генерировать достаточно зрелых мышиных остеокластоподобных клеток для выполнения широкого спектра исследований клеточной биологии, подвергая BMM воздействию всего двух цитокинов, M-CSF и RANKL, рецепторами которых являются c-Fms и RANK, соответственно [13].Генетическая делеция и / или инактивация цитокина или его соответствующего рецептора в результате естественных мутаций или манипуляций с геномом приводит к глубокому остеопетрозу, сопровождающемуся полным отсутствием остеокластов [13,14]. Интерлейкин (IL) 34, трехмерная структура которого имитирует структуру M-CSF без двух молекул, проявляющих детектируемую аминокислотную гомологию, был недавно клонирован и, как было показано, функционально заменяет цитокин как in vitro, так и in vivo [15]. Это наблюдение объясняет давнюю загадку, заключающуюся в том, что делеция c-Fms приводит к более глубокому остеопетрозу, чем тот, который наблюдается у мышей, лишенных M-CSF [16].Тем не менее, тот факт, что введение M-CSF мышам и крысам, которые не могут продуцировать M-CSF, восстанавливает костный фенотип [17,18], говорит о важной роли, которую эта молекула играет в биологии остеокластов. Интересно, что IL-34 секретируется на высоких уровнях стромальным, предположительно онкогенным, компонентом гигантоклеточной опухоли кости [19], что помогает объяснить, почему пациенты, демонстрирующие это состояние, обладают заметной литической способностью. Наконец, хотя M-CSF и RANKL являются базальными белками, необходимыми для генерации и активации остеокластов, ряд вторичных стимуляторов также играет важную роль в том же процессе.Основными участниками у человека и / или мыши являются фактор некроза опухоли (TNF) и интерлейкины (IL) -1 [20–23], -6 [24,25] 11 [26] и -17 [27] –29], тогда как данные о трансформирующем факторе бета (TGF-β) [30,31] и костных морфогенетических белках (BMP) [32] требуют дальнейшей проверки. Многие другие цитокины влияют на образование остеокластов, индуцируя RANKL и M-CSF, уменьшая при этом OPG в стромальном и лимфоидном компартментах кости [5].

Дифференциация и активация остеокластов | Природа

  • 1

    Чемберс, Т.J. Регулирование дифференцировки и функции остеокластов. J. Pathol. 192 , 4–13 (2000).

    CAS Статья Google Scholar

  • 2

    Тейтлельбаум, С. Л. Резорбция костной ткани остеокластами. Наука 289 , 1504–1508 (2000).

    ADS Статья Google Scholar

  • 3

    Родан Г. А. и Мартин Т. Дж. Терапевтические подходы к заболеваниям костей. Наука 289 , 1508–1514 (2000).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 4

    Хосла, С. Мини-обзор: система OPG / RANKL / RANK. Эндокринология 142 , 5050–5055 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 5

    Takahashi, N. et al. Формирование остеокластоподобных клеток и его регуляция остеотропными гормонами в культурах костного мозга мышей. Эндокринология 122 , 1373–1382 (1988).

    CAS Статья Google Scholar

  • 6

    Ясуда, Х. и др. Фактор дифференцировки остеокластов является лигандом для фактора ингибирования остеопротегерина / остеокластогенеза и идентичен TRANCE / RANKL. Proc. Natl Acad. Sci. USA 95 , 3597–3602 (1998).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 7

    Лэйси, Д.L. et al. Лиганд остеопротегерина — это цитокин, регулирующий дифференцировку и активацию остеокластов. Cell 93 , 165–176 (1998).

    CAS Статья Google Scholar

  • 8

    Nakagawa, N. et al. RANK является важным сигнальным рецептором для фактора дифференцировки остеокластов в остеокластогенезе. Biochem. Биофиз. Res. Commun. 253 , 395–400 (1998).

    CAS Статья Google Scholar

  • 9

    Hsu, H.и другие. Член семейства рецепторов фактора некроза опухолей RANK опосредует дифференцировку и активацию остеокластов, индуцированную остеопротегериновым лигандом. Proc. Natl Acad. Sci. США 96 , 3540–3545 (1999).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 10

    Burgess, T. L. et al. Лиганд остеопротегерина (OPGL) непосредственно активирует зрелые остеокласты. J. Cell Biol. 145 , 527–538 (1999).

    CAS PubMed Central Статья Google Scholar

  • 11

    Li, Y. P., Chen, W., Liang, Y., Li, E. & Stashenko, P. Мыши с дефицитом Atp6i проявляют тяжелый остеопетроз из-за потери опосредованного остеокластами внеклеточного подкисления. Nature Genet. 23 , 447–451 (1999).

    CAS Статья Google Scholar

  • 12

    Фуллер, К., Мерфи, К., Кирстейн, Б., Фокс, С.В. & Chambers, T. J. TNFα сильно активирует остеокласты посредством прямого действия, независимого от RANKL и сильно синергетического с ним. Эндокринология 143 , 1108–1118 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 13

    Родан Г.А. Гомеостаз костей. Proc. Natl Acad. Sci. USA 95 , 13361–13362 (1998).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 14

    Джими, Э.и другие. Фактор дифференцировки остеокластов действует как многофункциональный регулятор дифференцировки и функции остеокластов мышей. J. Immunol. 163 , 434–442 (1999).

    CAS Google Scholar

  • 15

    Лэйси, Д. Л. и др. Лиганд остеопротегерина модулирует выживаемость остеокластов мыши in vitro и in vivo . Am. J. Pathol. 157 , 435–448 (2000).

    CAS PubMed Central Статья Google Scholar

  • 16

    Маркс, С.C. Jr. Биология остеокластов: уроки мутаций млекопитающих. Am. J. Med. Genet. 34 , 43–53 (1989).

    Артикул Google Scholar

  • 17

    Маклин, В. и Олсен, Б. Р. Мышиные модели аномального развития скелета и гомеостаза. Trends Genet. 17 , S38 – S43 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 18

    Ван Везенбек, Л.и другие. Остеопетротическая мутация беззубый ( tl ) представляет собой мутацию с потерей функции сдвига рамки считывания в гене Csf1 крысы : свидетельство решающей роли CSF-1 в остеокластогенезе и эндохондральной оссификации. Proc. Natl Acad. Sci. USA 99 , 14303–14308 (2002).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 19

    Takeshita, S. et al. Мыши с дефицитом SHIP сильно страдают остеопорозом из-за увеличения количества гиперрезорбтивных остеокластов. Nature Med. 9 , 943–949 (2002).

    Артикул Google Scholar

  • 20

    Bucay, N. et al. У мышей с дефицитом остеопротегерина развивается остеопороз и кальцификация артерий. Genes Dev. 12 , 1260–1268 (1998).

    CAS PubMed Central Статья Google Scholar

  • 21

    Вагнер Э. Ф. и Карсенти Г.Генетический контроль развития скелета. Curr. Opin. Genet. Dev. 5 , 527–532 (2001).

    Артикул Google Scholar

  • 22

    Simonet, W. S. et al. Остеопротегерин: новый секретируемый белок, участвующий в регуляции плотности костей. Cell 89 , 309–319 (1997).

    CAS Статья Google Scholar

  • 23

    Ясуда, Х.и другие. Идентичность фактора ингибирования остеокластогенеза (OCIF) и остеопротегерина (OPG): механизм, с помощью которого OPG / OCIF ингибирует остеокластогенез in vitro . Эндокринология 139 , 1329–1337 (1998).

    Артикул Google Scholar

  • 24

    Morony, S. et al. Химерная форма остеопротегерина подавляет гиперкальциемию и резорбцию костей, вызванную IL-1β, TNF-α, PTH, PTHrP и 1,25 (OH) 2D3. Дж.Костяной шахтер. Res. 14 , 1478–1485 (1999).

    CAS Статья Google Scholar

  • 25

    Вонг, Б. Р. и др. TRANCE представляет собой новый лиганд семейства рецепторов фактора некроза опухолей, который активирует N-концевую киназу c-jun в Т-клетках. J. Biol. Chem. 272 , 25190 (1997).

    CAS Статья Google Scholar

  • 26

    Андерсон Д.M. et al. Гомолог рецептора TNF и его лиганд усиливают рост Т-клеток и функцию дендритных клеток. Природа 390 , 175–179 (1997).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 27

    Li, J. et al. RANK — это внутренний рецептор кроветворной клеточной поверхности, который контролирует остеокластогенез и регуляцию костной массы и метаболизма кальция. Proc. Natl Acad. Sci. USA 97 , 1566–1571 (2000).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 28

    Dougall, W. C. et al. RANK важен для развития остеокластов и лимфатических узлов. Genes Dev. 13 , 2412–2424 (1999).

    CAS PubMed Central Статья Google Scholar

  • 29

    Kong, Y. Y. et al. OPGL является ключевым регулятором остеокластогенеза, развития лимфоцитов и органогенеза лимфатических узлов. Природа 397 , 315–323 (1999).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 30

    Hofbauer, L.C. et al. Роль остеопротегерина и лиганда остеопротегерина в паракринной регуляции резорбции кости. J. Bone Miner. Res. 15 , 2–12 (2000).

    CAS Статья Google Scholar

  • 31

    Тейлл, Л.E., Boyle, W. J. и Penninger, J. M. RANK-L и RANK: Т-клетки, потеря костной массы и эволюция млекопитающих. Annu. Rev. Immunol. 20 , 795–823 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 32

    Удагава Н. и др. Остеопротегерин, продуцируемый остеобластами, является важным регулятором развития и функции остеокластов. Эндокринология 141 , 3478–3484 (2000).

    CAS Статья Google Scholar

  • 33

    Шоппет, М., Прейсснер, К. Т. и Хофбауэр, Л. С. Лиганд RANK и остеопротегерин: паракринные регуляторы метаболизма костей и функции сосудов. Артериосклер. Тромб. Васк. Биол. 22 , 549–553 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 34

    Дарней, Б. Г., Харидас, В., Ни, Дж., Мур, П. А. и Аггарвал, Б. Б. Характеристика внутриклеточного домена активатора рецептора NF-κB (RANK). Взаимодействие с факторами, связанными с рецептором фактора некроза опухоли, и активация NF-κB и N-концевой киназы c-Jun. J. Biol. Chem. 273 , 20551–20555 (1998).

    CAS Статья Google Scholar

  • 35

    Galibert, L., Tometsko, ME, Anderson, DM, Cosman, D. & Dougall, WC. Участие факторов, связанных с рецептором множественного фактора некроза опухоли (TNFR), в механизмах передачи сигналов активатора рецептора NF- κB, член суперсемейства TNFR. J. Biol. Chem. 273 , 34120–34127 (1998).

    CAS Статья Google Scholar

  • 36

    Lomaga, M.A. et al. Дефицит TRAF6 приводит к остеопетрозу и нарушению передачи сигналов интерлейкина-1, CD40 и LPS. Genes Dev. 13 , 1015–1024 (1999).

    CAS PubMed Central Статья Google Scholar

  • 37

    Кобаяши Н. и др. Сегрегация TRAF6-опосредованных сигнальных путей проясняет его роль в остеокластогенезе. EMBO J. 20 , 1271–1280 (2001).

    CAS PubMed Central Статья Google Scholar

  • 38

    Армстронг, А. П. и др. RANK / TRAF6-зависимый путь передачи сигнала важен для организации цитоскелета остеокластов и резорбтивной функции. J. Biol. Chem. 277 , 44347–44356 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 39

    Е., Х.и другие. Четкий молекулярный механизм инициации передачи сигналов TRAF6. Природа 418 , 443–447 (2002).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 40

    Franzoso, G. et al. Потребность в NF-κB для развития остеокластов и B-клеток. Genes Dev. 11 , 3482–3496 (1997).

    CAS PubMed Central Статья Google Scholar

  • 41

    Синь, Л.и другие. Экспрессия NF-κB p50 и p52 не требуется для RANK-экспрессирующего образования предшественников остеокластов, но важна для RANK- и цитокин-опосредованного остеокластогенеза. J. Bone Miner. Res. 17 , 1200–1210 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 42

    Grigoriadis, A. E. et al. c-Fos: ключевой регулятор определения происхождения остеокластов-макрофагов и ремоделирования кости. Science 266 , 443–448 (1994).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 43

    Карин, М., Цао, Ю., Гретен, Ф. Р. и Ли, З.-В. NF-κB при раке: от невиновного свидетеля до главного виновника. Nature Rev. Cancer 2 , 301–310 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 44

    Дэвид, Дж. П., Сабапати, К., Хоффманн, О., Идаррага, М. Х. и Вагнер, Э. Ф.JNK1 модулирует остеокластогенез посредством как зависимых, так и независимых механизмов фосфорилирования c-Jun. J. Cell Sci. 115 , 4317–4325 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 45

    Ли, С. В., Хан, С. И., Ким, Х. Х. и Ли, З. Х. TAK1-зависимая активация AP-1 и N-концевой киназы c-Jun активатором рецептора NF-κB. J. Biochem. Мол. Биол. 35 , 371–376 (2002).

    PubMed Google Scholar

  • 46

    Mizukami, J. et al. Активатор рецептора лиганда NF-κB (RANKL) активирует киназу киназы митоген-активируемой протеинкиназы TAK1 через сигнальный комплекс, содержащий RANK, TAB2 и TRAF6. Мол. Клетка. Биол. 22 , 992–1000 (2002).

    CAS PubMed Central Статья Google Scholar

  • 47

    Ода, Х., Накамура К. и Танака С. Возможное участие киназы 2 IκB и MKK7 в остеокластогенезе, индуцированном активатором рецептора лиганда ядерного фактора κB. J. Bone Miner. Res. 17 , 612–621 (2002).

    Артикул Google Scholar

  • 48

    Li, X. et al. Сигналы, опосредованные p38 MAPK, необходимы для индукции дифференцировки остеокластов, но не для функции остеокластов. Эндокринология 143 , 3105–3113 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 49

    Мацумото, М., Судо, Т., Сайто, Т., Осада, Х. и Цуджимото, М. Участие сигнального пути митоген-активируемой протеинкиназы p38 в остеокластогенезе, опосредованном активатором рецептора лиганда NF-κB (RANKL). J. Biol. Chem. 275 , 31155–31161 (2000).

    CAS Статья Google Scholar

  • 50

    Манский, К.C., Sankar, U., Han, J. & Ostrowski, M. C. Фактор транскрипции микрофтальмии является мишенью пути p38 MAPK в ответ на рецепторный активатор передачи сигналов лиганда NF-κB. J. Biol. Chem. 277 , 11077–11083 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 51

    Wei, S., Wang, M. W., Teitelbaum, S. L. & Ross, F. P. Интерлейкин-4 обратимо ингибирует остеокластогенез посредством ингибирования передачи сигналов NF-κB и митоген-активируемой протеинкиназы. J. Biol. Chem. 277 , 6622–6630 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 52

    Hotokezaka, H. et al. U0126 и PD98059, специфические ингибиторы MEK, ускоряют дифференцировку клеток RAW264.7 в остеокластоподобные клетки. J. Biol. Chem. 277 , 47366–47372 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 53

    Вонг, Б.R. et al. TRANCE, член семейства TNF, активирует Akt / PKB через сигнальный комплекс, включающий TRAF6 и c-Src. Мол. Ячейка 4 , 1041–1049 (1999).

    CAS Статья Google Scholar

  • 54

    Shui, C., Riggs, B. L. & Khosla, S. Иммунодепрессант рапамицин, отдельно или с трансформирующим фактором роста β, усиливает дифференцировку остеокластов моноцитарно-макрофагальных клеток RAW264.7 в присутствии RANK-лиганда. Calcif. Tissue Int. 71 , 437–446 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 55

    Cappellen, D. et al. Программа транскрипции дифференцировки остеокластов мышей, управляемая колониестимулирующим фактором макрофагов и лигандом активатора рецептора NFκB. J. Biol. Chem. 277 , 21971–21982 (2002).

    CAS PubMed Central Статья Google Scholar

  • 56

    Исида, Н.и другие. Широкомасштабный анализ экспрессии генов остеокластогенеза in vitro и выяснение NFAT2 как ключевого регулятора. J. Biol. Chem. 277 , 41147–41156 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 57

    Такаянаги, Х. и др. Индукция и активация фактора транскрипции NFATc1 (NFAT2) интегрируют передачу сигналов RANKL в терминальную дифференцировку остеокластов. Dev. Ячейка 3 , 889–901 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 58

    Battaglino, R. et al. c- myc необходим для дифференцировки остеокластов. J. Bone Miner. Res. 17 , 763–773 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 59

    Мак, Т. В. и Йе, В. К. Блок на платных воротах. Природа 418 , 835–836 (2002).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 60

    Араи, Ф.и другие. Приверженность и дифференциация клеток-предшественников остеокластов путем последовательной экспрессии c-Fms и рецепторов-активаторов рецепторов ядерного фактора κB (RANK). J. Exp. Med. 190 , 1741–1754 (1999).

    CAS PubMed Central Статья Google Scholar

  • 61

    Ян Т., Риггс Б. Л., Бойл В. Дж. И Хосла С. Регулирование остеокластогенеза и экспрессии RANK с помощью TGF-β1. J. Cell.Биохим. 83 , 320–325 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 62

    млн лет назад, Y. L. et al. Катаболические эффекты непрерывного человеческого ПТГ (1–38) in vivo связаны с длительной стимуляцией RANKL и ингибированием остеопротегерина и связанного с геном образования кости. Эндокринология 142 , 4047–4054 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 63

    Такаянаги, Х.и другие. RANKL поддерживает гомеостаз кости за счет c-Fos-зависимой индукции интерферона-β . Природа 416 , 744–749 (2002).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 64

    Hayashi, T., Kaneda, T., Toyama, Y., Kumegawa, M. & Hakeda, Y. Регулирование рецепторного активатора индуцированного лигандом NF-κB остеокластогенеза эндогенным интерфероном-β (INF-β ) и супрессоры передачи сигналов цитокинов (SOCS).Возможная противодействующая роль SOCS в IFN-β-ингибировании образования остеокластов. J. Biol. Chem. 277 , 27880–27886 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 65

    Такаянаги, Х. и др. Т-клеточная регуляция остеокластогенеза посредством передачи сигналов между RANKL и IFN-γ. Природа 408 , 600–605 (2000).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 66

    Kong, Y.Y. et al. Активированные Т-клетки регулируют потерю костной массы и разрушение суставов при адъювантном артрите через лиганд остеопротегерина. Nature 402 , 304–309 (1999).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 67

    Chagraoui, H. et al. Стимуляция продукции остеопротегерина ответственна за остеосклероз у мышей со сверхэкспрессией ТПО. Кровь (в печати).

  • 68

    Хьюз, А.E. et al. Мутации в TNFRSF11A , влияющие на сигнальный пептид RANK, вызывают семейный экспансильный остеолиз. Nature Genet. 24 , 45–48 (2000).

    CAS Статья Google Scholar

  • 69

    Уайт, М. П. и Хьюз, А. Е. Экспансильная гиперфосфатазия скелета вызывается тандемной дупликацией из 15 пар оснований в TNFRSF11A , кодирующей RANK, и является аллельной по отношению к семейному расширяющему остеолизу. J. Bone Miner. Res. 17 , 26–29 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 70

    Уайт, М. П. и др. Остеопротегериновая недостаточность и ювенильная болезнь Педжета. N. Engl. J. Med. 347 , 175–184 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 71

    Cundy, T. et al. Мутация в гене TNFRSF11B , кодирующем остеопротегерин, вызывает фенотип идиопатической гиперфосфатазии. Hum. Мол. Genet. 11 , 2119–2127 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 72

    Langdahl, B. L., Carstens, M., Stenkjaer, L. & Eriksen, E. F. Полиморфизмы в гене остеопротегерина связаны с остеопоротическими переломами. J. Bone Miner. Res. 17 , 1245–1255 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 73

    Беккер, П.J. et al. Эффект от однократного приема остеопротегерина у женщин в постменопаузе. J. Bone Miner. Res. 16 , 348–360 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 74

    Body, J. J. et al. Фаза I исследования AMGN-0007, конструкции рекомбинантного остеопротегерина, у пациентов с множественной миеломой или метастазами в кости, связанными с карциномой груди. Рак 97 (Дополнение), 887–892 (2003).

    Артикул Google Scholar

  • 75

    Егбали-Фатуречи, Г.и другие. Роль лиганда RANK в обеспечении повышенной резорбции костной ткани у женщин в раннем постменопаузе. J. Clin. Вкладывать деньги. 111 , 1221–1230 (2003).

    CAS PubMed Central Статья Google Scholar

  • 76

    Kim, Y.H., Kim, G. S. & Jeong-Hwa, B. Ингибирующее действие бисфосфонатов на резорбцию кости не связано с регуляцией экспрессии RANKL и OPG. Exp. Мол. Med. 34 , 145–151 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 77

    Mizuno, A. et al. Трансгенные мыши со сверхэкспрессией растворимого фактора дифференцировки остеокластов (sODF) демонстрируют тяжелый остеопороз. J. Bone Miner. Метаб. 20 , 337–344 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • Границы | Ключевые триггеры заболеваний, связанных с остеокластами, и доступные стратегии таргетной терапии: обзор

    Введение

    Костная ткань человека постоянно обновляется и реконструируется с динамическим балансом между остеобластическим образованием кости и резорбцией остеокластической кости.Остеокласты, единственные клетки с функцией резорбции кости in vivo , поддерживают баланс метаболизма кости, взаимодействуя с остеобластами, которые ответственны за формирование кости (1). В процессе созревания остеокластов необходимы два гемопоэтических фактора, макрофагальный колониестимулирующий фактор (M-CSF, также называемый CSF-1) и активатор рецептора ядерного фактора каппа-B-лиганда (RANKL) (2, 3). Исследования дифференцировки и активации остеокластов были сосредоточены на рецепторе фактора некроза опухоли (TNF) и TNF-подобных белках, таких как активатор рецептора ядерного фактора каппа-B (RANK), RANKL и остеопротегерин (OPG).Связывание RANKL с его рецептором RANK активирует сигнальные пути, которые в конечном итоге приводят к остеокластогенезу; однако этот процесс может быть подавлен OPG, который является растворимым «рецептором-ловушкой» для RANKL (4, 5).

    Функциональные нарушения остеокластов и остеобластов, особенно связанные с чрезмерной активностью остеокластов, вызывают многие заболевания костей и суставов (Таблица 1) (6, 7). Например, остеопороз, который возникает у людей в возрасте 40 лет и старше и чаще встречается у женщин в постменопаузе, проявляется как дисбаланс резорбции и костеобразования из-за чрезмерной активации остеокластов (8, 9).Чрезмерная активация остеокластов, вызванная высвобожденными частицами износа, также приводит к перипротезному остеолизу после артропластики искусственного сустава (10–12). При ревматоидном артрите (РА) деструкция субхондральной кости связана с чрезмерным поглощением костной ткани остеокластами после дифференцировки и созревания, вызванных провоспалительными цитокинами, высвобождаемыми аутоиммунной системой (13, 14). Механизм метастазов в кости и разрушения костей, обнаруженный при раке, также связан с прямой активацией остеокластов с помощью RANKL, который секретируется раковыми клетками (15, 16).Кроме того, высокая экспрессия RANK (рецептора RANKL) на поверхности остеокластов является важным фактором болезни Педжета (17). Принимая во внимание важную роль, которую остеокласты играют в патологии вышеуказанных заболеваний, агенты, которые модулируют аберрантную дифференцировку и резорбцию остеокластов, могут быть полезны при разработке терапии для защиты костей (Таблица 2). В настоящее время одобренные и антирезорбтивные агенты включают бисфосфонаты (BP), селективные модуляторы рецепторов эстрогена (SERM) и моноклональные антитела против RANKL (например,g., деносумаб). Хотя нейтрализация избыточных остеокластов была частично или в основном смягчена с помощью современных методов лечения, они далеки от идеала и по-прежнему сталкиваются с огромными проблемами из-за своих неожиданных побочных эффектов. Длительное применение БП ограничено из-за возникновения тяжелых желудочно-кишечных реакций, некроза нижней челюсти и атипичных переломов бедренной кости (18, 19). Кроме того, лечение SERM связано с повышенным риском инсульта и сердечно-сосудистых событий (20). Наконец, хотя некроз нижней челюсти редко наблюдался в клинических испытаниях деносумаба (6 случаев среди 4450 пациентов) (21), его безопасность и эффективность требуют дальнейшей оценки.Таким образом, срочно необходимы идентификация и разработка новых антирезорбтивных агентов. Углубленные исследования новых терапевтических мишеней, ингибирующих образование остеокластов и резорбцию кости, внесли важный вклад в лечение и имеют большое социально-экономическое значение. Цель этого обзора — предоставить обновленную сводку результатов исследований, связанных с заболеваниями, связанными с остеокластами, и целевыми ингибиторами.

    Таблица 1 . Краткое описание заболеваний, связанных с остеокластами, и целевых ингибиторов.

    Таблица 2 . Механизмы таргетных ингибиторов.

    Заявление об этике

    Это обзорное исследование было проведено в соответствии с руководящими принципами этического комитета Наньчанского университета.

    Остеопороз

    Остеопороз — системное заболевание скелета, характеризующееся потерей костной массы и разрушением костной микроструктуры, что приводит к хрупкости и переломам (22). Считается, что это многофакторное заболевание, которое может быть вызвано генетическими мутациями, эндокринными нарушениями и недостаточностью питания.Гормоны, такие как эстроген, кальцитонин, паратироидный гормон (ПТГ) и витамин D, поддерживают нормальный метаболизм костей (23). ПТГ улучшает производство активированного витамина D и абсорбцию кальция. Напротив, активность остеокластов может быть ускорена за счет стимуляции ПТГ, вызывая дальнейшую резорбцию кости. Кальцитонин оказывает защитное действие на кости, передавая кальций в костные ткани при связывании с его рецептором. Кроме того, дефицит эстрогена снижает скорость ремоделирования костей и увеличивает образование и резорбцию остеокластов (24).Ингибирование сигнальных путей бескрылого типа и интегразы 1 (Wnt) и костного морфогенетического белка, которые играют критическую роль в регуляции образования остеобластов, приводит к снижению костеобразования у женщин в постменопаузе (22). В исследованиях остеокластов система RANKL / RANK / OPG представляет собой важное открытие, сделанное в последние годы. RANKL, продуцируемый остеобластами и клетками костного матрикса, является ключевым цитокином, который стимулирует клетки-предшественники остеокластов дифференцироваться в зрелые остеокласты (7, 25–27).Он связывается с RANK на поверхности клеток-предшественников остеокластов и зрелых остеокластов. Посредством этого процесса резорбция кости индуцируется образованием и дифференцировкой остеокластов. Как рецептор-ловушка, который может блокировать взаимодействия между RANKL и RANK, OPG также продуцируется остеобластами и клетками костного матрикса. Эта система RANKL / RANK / OPG играет важную роль в возникновении остеопороза (28, 29). Дефицит эстрогена участвует в патогенезе остеопороза у пожилых людей, особенно у женщин в постменопаузе, у которых обычно обнаруживается остеопороз.У женщин в постменопаузе дефицит эстрогенов вызывает снижение уровней OPG, что приводит к увеличению уровней RANKL; повышенные уровни RANKL чрезмерно активируют остеокласты и приводят к потере костной массы (22). Эти данные показывают, что система RANKL / RANK / OPG представляет собой потенциальную терапевтическую мишень для профилактики и лечения остеопороза.

    Перипротезный остеолиз

    Артропластика — надежный метод лечения тяжелых травм, терминальной стадии артрита и околосуставных опухолей.Артропластика коленного и тазобедренного суставов выполняется во всем мире все чаще. Однако длительное использование искусственных суставов имеет серьезное ограничение с точки зрения перипротезного остеолиза и расшатывания, вызванного частицами износа, высвобождаемыми с поверхности протеза (30, 31). Хотя механизм перипротезного остеолиза, вызванного частицами износа, не ясен, общепризнано, что чрезмерная активация остеокластов, вызванная частицами износа, играет решающую роль в этом процессе (10–12).Будучи инородными телами, частицы износа могут стимулировать моноциты / макрофаги, фибробласты, Т-лимфоциты и т. Д. С выработкой большого количества воспалительных цитокинов, таких как TNF-α, интерлейкин 1 (IL-1), IL-6, IL-11, IL- 17, простагландин E2 и колониестимулирующий фактор моноцитов (M-CSF). Эти воспалительные факторы могут вызывать местное асептическое воспаление, но также могут стимулировать остеобласты к экспрессии и высвобождению большого количества RANKL, что приводит к чрезмерной активации остеокластов и перипротезному остеолизу (32–34).Этот перипротезный остеолиз вызывает расшатывание; со временем нестабильность, вызванная расшатыванием, может еще больше усилить механический износ и произвести больше частиц износа, что приведет к более серьезному остеолизу. Это создает порочный круг между перипротезным остеолизом и расшатыванием в этом патологическом процессе (35). Хотя относительные движения компонентов искусственных суставов и коррозия и разрушение материала in vivo во время использования протезов неизбежно приведут к образованию частиц износа, эффективное ингибирование образования остеокластов и резорбция кости могут быть эффективным способом предотвращают расшатывание протезов и тем самым продлевают срок их службы.

    Ревматоидный артрит

    Ревматоидный артрит — хроническое системное аутоиммунное заболевание, характеризующееся прогрессирующим необратимым повреждением костей и хрящей. Хотя подробный механизм разрушения костей и хрящей при РА еще не выяснен, образование и повышенная активность остеокластов, вызванная дисбалансом в соотношении RANKL и OPG, считается основным ответственным фактором. Недавние исследования выявили присутствие нескольких зрелых остеокластов и клеток-предшественников остеокластов в локализованных поражениях при РА.Сверхэкспрессия RANKL активными лимфоцитами, макрофагами, остеобластами и т. Д. Приводит к чрезмерной пролиферации и аномальной активации остеокластов, вызванной связыванием RANKL с RANK на поверхности клеток-предшественников остеокластов и зрелых остеокластов. Помимо сверхэкспрессии RANKL в поврежденной костной ткани сустава, мРНК RANKL также экспрессируется фибробластами в синовиальной ткани, что приводит к продукции белка RANKL (36). Kotake et al. выделили многоядерные клетки из синовиальных поражений пациентов с РА и показали, что они могут образовывать костные абсорбционные ямы, тем самым подтвердив, что они являются остеокластами (36).Образование костных ямок может подавляться OPG, и количество образующихся ямок тесно связано с соотношением RANKL и OPG на уровне мРНК. Следовательно, количественный анализ уровней RANKL / OPG в синовиальной ткани и синовиальной жидкости может способствовать ранней диагностике РА. Более того, ММР-9 и ММР-14, продуцируемые остеобластами, также являются важными факторами, которые приводят к деградации хрящевого матрикса, образованию паннуса и миграции остеокластов на поверхность кости.Все эти факторы способствуют эрозии суставного хряща, субхондральной кости и синовиальной поверхности при РА, где остеокласты играют ключевую роль.

    Опухоли костей

    Первичные или вторичные опухоли обычно встречаются в ортопедии, но успех клинической терапии таких опухолей ограничен из-за характеристик инвазии, метастазирования и рецидива. Углубленные исследования последних лет показали, что система RANKL / RANK / OPG влияет на биологию опухоли, регулируя активность остеокластов (37–39), дисбаланс уровней RANKL и OPG в местных костных тканях является основной причиной увеличения резорбции костной ткани остеокластами. (40, 41).Предыдущее исследование показало, что уровни экспрессии мРНК OPG и RANKL в гигантоклеточных опухолях кости намного выше, чем в нормальных костных тканях (42, 43). Sezer et al. также изучили экспрессию RANKL и RANK в биоптатах множественной миеломы (44). Данные исследования Sezer et al. также выявили более низкие уровни OPG в сыворотке крови у пациентов с множественной миеломой по сравнению с таковыми у здоровых людей и аналогичных пациентов без разрушения костей (44). Хотя имеется достаточно доказательств, указывающих на влияние системы RANKL / RANK / OPG на метастазы в кости, механизм метастазирования не совсем ясен.Однако считается, что аномальная активация остеокластов, вызванная дисбалансом уровней RANKL и OPG, является причиной большинства опухолей.

    Болезнь Педжета

    Костная болезнь Педжета — это метаболическое заболевание костей, сопровождающееся повышенной резорбцией костной ткани и аномальным образованием костей. Это приводит к повышенному риску перелома, вызванного структурным нарушением, что приводит к снижению механических свойств кости (45, 46). Некоторые исследования показали, что высокая экспрессия RANKL, ведущая к гиперактивности остеокластов, является важным фактором болезни Педжета (47, 48).Рудман (49) и Рудман и Виндл (50) также показали, что количество остеокластов у пациентов с болезнью костей Педжета увеличено, остеокласты больше, а количество ядер в сотни раз выше, чем в нормальных культурах. Кроме того, независимо от того, является ли причиной заболевания костный мозг или периферическая кровь, мононуклеарные клетки всегда проявляют высокую степень чувствительности к RANKL, и дифференцировка до зрелых остеокластов, по-видимому, увеличивается (47).

    Остеопетроз

    Остеопетроз — это метаболическое заболевание костей, характеризующееся увеличением костной массы, вызванным полигенными нарушениями.Нарушения образования остеокластов и потеря функции остеокластов являются основными причинами снижения резорбции костной ткани и увеличения костной массы. Недавние исследования показали, что снижение резорбции костей может быть вызвано аномалиями в системе RANKL / RANK / OPG, отсутствием белка c-Fos и мутациями в M-CSF, в то время как мутации в вакуолярной (H + ) -АТФазе ( V-ATPase), потеря хлоридных каналов CLC-7 и нехватка катепсина K являются наиболее частыми причинами остеопетроза, вызванного нарушениями резорбции кости.Трансплантация костного мозга и последующая дифференциация гемопоэтических стволовых клеток из имплантированного нового костного мозга в зрелые и функционирующие остеокласты является вариантом лечения остеопетроза.

    Целевые ингибиторы остеокластов

    Существует широкий спектр заболеваний, вызванных дисфункцией остеокластов, и чрезмерная активация остеокластов играет доминирующую роль в большинстве этих заболеваний. Терапия, эффективно и безопасно подавляющая образование остеокластов и резорбцию кости, является идеальным подходом к борьбе с такими заболеваниями.Частое и длительное клиническое использование БП для уменьшения образования остеокластов связано с серьезными осложнениями, включая желудочно-кишечные реакции, некроз нижней челюсти и неспецифические переломы бедренной кости (51–53). Моноклональные антитела против RANKL, такие как деносумаб, представляют собой новый класс препаратов, используемых для целевого ингибирования образования остеокластов. Они действуют, блокируя регуляторную систему RANK / RANKL / OPG, и это было важным открытием в области исследования остеобластов в последние годы.Ожидается, что глюкагоноподобный пептид 2 (GLP-2), катепсин K и ингибиторы V-АТФазы также будут полезны для ингибирования образования остеокластов, и также могут быть использованы другие меры, такие как терапия против TNF-α.

    Бисфосфонаты

    Бисфосфонаты, такие как алендронат и золедроновая кислота, представляют собой лекарственные средства против резорбции костей, обычно используемые в качестве терапевтического выбора при заболеваниях костей, включая костную болезнь Педжета и миелому. Их способность подавлять резорбцию остеокластов является желаемым фармакологическим эффектом.McClung (54) и Russell et al. (55) показали, что БП могут эффективно ингибировать резорбцию кости за счет связывания с кристаллами гидроксиапатита (ГАП), что приводит к блокированию процесса пренилирования белков из-за ингибирования фарнезилпирофосфатсинтазы. Когда пренилирование заблокировано, цитоскелет остеокластов не может быть перегруппирован и поляризован, поскольку не может быть сформирована замкнутая область для прикрепления к поверхности кости. Таким образом, хотя было подтверждено, что БП проявляют ингибирующий эффект на резорбцию остеокластов, этот желаемый клинический эффект часто ограничивается вышеупомянутыми осложнениями.Из-за высокого сродства BP к кристаллам HAP в костном матриксе были синтезированы новые нацеленные на кости агенты на основе молекулярной структуры BP. Toro et al. и Rivera et al. продемонстрировали, что BP-эноксацин, производное BP, оказывает ингибирующее действие на образование остеокластов и резорбцию кости и представляет собой идеальный терапевтический агент для предотвращения ортодонтического движения зубов (56, 57). Кроме того, наше предыдущее исследование показало положительный эффект BP-эноксацина на массу и прочность кортикальной кости у крыс с удаленными яичниками (58).Мы предполагаем, что это был бы захватывающий и проницательный подход к изучению нацеливающих на кости агентов, которые являются «носителями» АД.

    Ингибиторы оси CSF-1 / CSF-1R

    Связывание M-CSF (также называемого CSF-1) с его рецептором тирозинкиназы (CSF-1R) способствует дифференцировке миелоидных предшественников в моноциты, макрофаги, дендритные клетки и остеокласты. In vivo циркулирующий CSF-1 регулирует миграцию, пролиферацию и выживание макрофагов, что полезно для врожденной и адаптивной иммунной системы, а также для остеокластогенеза на нескольких уровнях (59).Теоретически нацеливание оси CSF-1 / CSF-1R для модуляции популяций макрофагов может привести к потенциальным терапевтическим эффектам при четырех типах клинических заболеваний: воспалительных заболеваниях, раке, аутоиммунитетах и ​​заболеваниях костей (60). Антитела против CSF-1 и его рецептора, а также специфические ингибиторы киназы CSF-1R оценивались либо на животных моделях, либо на пациентах. Как сообщалось, введение in vivo CSF-1 усугубило воспаление и эрозию суставов при коллаген-индуцированном артрите (61, 62) из-за роли CSF-1 в патологии остеокластогенеза и последующего остеолиза.Таким образом, антитело против CSF-1 или блокада CSF-1R снижает воспаление у людей и в моделях RA (63, 64). Согласно исследованию Cenci et al. (65), CSF-1 облегчает процесс потери костной массы у мышей, подвергшихся овариэктомии. Напротив, Gow et al. (66) наблюдали фенотип остеопетроза у животных с дефицитом CSF-1 из-за недостаточной продукции остеокластов, резорбирующих кость. Следовательно, ожидается, что анти-CSF-1 может быть полезным при лечении остеопороза человека. Кроме того, это было продемонстрировано Rietkotter et al.что терапия анти-CSF-1 была полезной для предотвращения инвазии карциномы, индуцированной клетками, происходящими из моноцитов (67). Хотя все большее количество исследований указывает на значительную роль CSF-1 в остеокластогенезе и эффективность терапии анти-CSF-1 / CSF-1R при лечении заболеваний, связанных с остеокластами, дальнейшие исследования для определения безопасности и побочных эффектов этих методов еще нужно провести.

    Интерлейкин-34 был впервые обнаружен как второй лиганд CSF-1R в 2008 году (68).Сообщалось, что CSF-1 и IL-34 обладают структурной гомологией и имеют в значительной степени перекрывающиеся эффекты в регулировании выживания моноцитов и остеокластогенеза (69, 70). Предыдущие данные продемонстрировали, что IL-34, как из гигантоклеточных опухолей, так и из фибробластов десен, играет критическую роль в индуцированном RANKL образовании остеокластов в качестве полной замены CSF-1 и что системное введение IL-34 приведет к снижению в массе губчатой ​​кости (71, 72). Cheng et al. (73) подтвердили это мнение и продемонстрировали, что IL-34 способствует пролиферации и дифференцировке макрофагов костного мозга, стимулируя экспрессию p-STAT3, а также подавляя экспрессию Smad7 в отсутствие CSF-1.К сожалению, IL-34 не был клинически протестирован на предмет потенциального существования других рецепторов и неблагоприятных патологий, опосредованных сверхактивированными макрофагами.

    Моноклональные антитела против RANKL (например, деносумаб)

    Ось RANKL / RANK / OPG — это ключевая система регулирования, которая решает, происходит ли дифференциация. RANKL, член суперсемейства TNF, продуцируется и секретируется остеобластами, костными стромальными клетками, фибробластами и активированными Т-клетками. Взаимодействие между RANKL и RANK (поверхностные рецепторы на клетках-предшественниках остеокластов) способствует дифференцировке и созреванию остеокластов и помогает остеокластам выжить (74, 75).Как псевдорецептор RANKL, OPG может также ингибировать образование остеокластов и ускорять апоптоз за счет связывания с RANKL, что ингибирует взаимодействие между RANKL и RANK. Таким образом, RANKL рассматривается как идеальная мишень для ингибирования образования остеокластов на основе информации, полученной на данный момент относительно системы RANKL / RANK / OPG. Деносумаб, синтетическое моноклональное антитело IgG2, также может специфически связываться с RANKL и инактивировать его, используя тот же механизм действия, что и OPG. В 2010 году деносумаб был одобрен для лечения постменопаузального остеопороза.Исследование фазы III, проводившееся более 3 лет, показало, что частота переломов бедра и позвонков снизилась на 41 и 68% после приема 60 мг деносумаба каждые 6 месяцев (76). Чтобы оценить долгосрочную эффективность и безопасность использования деносумаба на срок до 10 лет, участников исследования «Оценка уменьшения количества переломов при остеопорозе каждые 6 месяцев» (FREEDOM) попросили присоединиться к 7-летнему исследованию FREEDOM Extension (Clinicaltrials.gov). : NCT00523341). В этом исследовании сообщалось об устойчивом снижении маркеров обмена костной ткани и прогрессирующем увеличении минеральной плотности кости в группе длительного лечения деносумабом, что привело к поддержанию низкой частоты переломов (21, 77–79).Однако в этом расширенном исследовании также наблюдались несколько побочных эффектов деносумаба, в том числе злокачественные новообразования, экзема / дерматит, панкреатит, эндокардит, замедленное заживление переломов и инфекции, особенно случайное возникновение оппортунистических инфекций, и это следует серьезно учитывать ( 79).

    Моноклональные антитела против склеростина

    Склеростин — это небольшой белок, кодируемый геном SOST и продуцируемый остеоцитами. Он реагирует на механический стресс и нацелен на сигнальный каскад Wnt.При активации склеростин действует как ключевой негативный регулятор анаболического метаболизма костей и оказывает ингибирующее действие на дифференцировку остеобластов и формирование костей (80, 81). Пациенты или мыши с генной мутацией со стабильно низким уровнем склеростина из-за редких заболеваний скелета демонстрируют высокую минеральную плотность костной ткани и низкий риск переломов (81). Таким образом, антисклеростиновая терапия потенциально может быть использована для лечения заболеваний костного метаболизма, приводящих к снижению костной массы. Недавно были синтезированы и подвергнуты клиническим испытаниям гуманизированные антитела против склеростина, такие как ромосозумаб (AMG785), блозозумаб (AMG167) и BSP804.Увеличение костной массы позвоночника и бедра, а также измененные маркеры обновления костной ткани (повышение маркеров костеобразования и снижение маркеров резорбции) наблюдались в клинических испытаниях ромосозумаба и блозозумаба (82, 83). После этих испытаний было проведено исследование, чтобы выяснить, приводит ли повышенная минеральная плотность кости к улучшению механических свойств кости. Анализ методом конечных элементов использовался для оценки прочности позвоночника (тела L1 позвонка) и проксимального отдела бедренной кости при моделировании компрессионной перегрузки.Результаты показали, что прочность как позвоночника, так и бедра увеличилась по сравнению с исходным уровнем (27,3 против -3,9%, P <0,0001 и 3,6 против -0,1%, P = 0,059, соответственно) и что улучшение механических свойств кости соответствовало увеличению минеральной плотности костей (84). Кроме того, исследования, проведенные на животных моделях или в других условиях, показали потенциально широкое терапевтическое применение антисклеростиновых антител для лечения других заболеваний костей и суставов, таких как РА, остеоартрит и костные осложнения сахарного диабета 2 типа (85).Наиболее частые побочные эффекты включали повышение ферментов печени и реакции в месте инъекции. Однако гипотезы о связи между склеростином и сердечно-сосудистыми событиями, внутричерепным давлением и некоторыми опухолями требуют дальнейшего изучения (23).

    Ингибиторы катепсина К

    Катепсин К, который специфически экспрессируется и секретируется активированными остеокластами во время резорбции кости, является ключевым ферментом в деградации критических белков в костном матриксе, включая коллагены I типа (86).Резорбция кости может подавляться удалением катепсина К из остеокластов. В отличие от других антирезорбтивных препаратов, ингибиторы катепсина К не влияют на активность остеокластов, а остеогенная активность поддерживается за счет перекрестного связывания остеобластов с остеокластами (87). Баликатиб был искусственно синтезирован как специфический ингибитор катепсина К. Однако клинические испытания баликатиба II фазы были прекращены из-за морфеоподобных изменений кожи, наблюдаемых у участников (88). Другой новый ингибитор катепсина К, оданакатиб, является селективным при пероральном приеме (89).Согласно 2-летнему рандомизированному контролируемому исследованию, после терапии оданакатибом наблюдалось повышение МПК бедра и позвоночника на 3,2 и 5,5% соответственно (90). Недавние исследования показали, что положительный эффект оданакатиба на улучшение минеральной плотности костей зависит от дозы и сохраняется до 5 лет. Наряду с повышенной минеральной плотностью костной ткани был снижен риск хрупкого перелома, и эффект был аналогичен эффекту БП и деносумаба (91). Однако, помимо терапевтической эффективности, следует изучить и серьезно оценить безопасность оданакатиба.Согласно опубликованным исследованиям, повышенный риск инсульта, артериальной фибрилляции и атипичных переломов наблюдался во время лечебных процедур, хотя эти типы агентов все еще находятся в стадии разработки (92).

    Ингибиторы V-АТФазы

    В процессе деградации костного матрикса кислое микроокружение, которое создается V-АТФазой, перекачивающей протоны в лакуну резорбции, необходимо для резорбции костных остеокластов. Было показано, что терапевтические вмешательства, которые включают модуляцию активности V-АТФазы остеокластов, могут быть разумными для лечения остеопороза и других остеолитических заболеваний (93).V-АТФазы представляют собой белковые комплексы, состоящие по крайней мере из 14 различных белковых субъединиц, и отвечают за активный трансмембранный транспорт ионов водорода in vivo . V-АТФазы организованы в домены V1 и V0, которые выполняют две разные функции. Домен V1 состоит из восьми различных субъединиц (A – H), расположен в цитоплазме и генерирует энергию путем гидролиза АТФ. Домен V0 содержит шесть различных субъединиц (a, c, c ′, c ′ ′, d и e) и участвует в активном трансмембранном переносе ионов водорода (94, 95).Кроме того, вспомогательные субъединицы Ac45 и M8-9, обнаруженные в V-АТФазах млекопитающих, обладают совместным действием в облегчении транспорта ионов водорода (96, 97). Некоторые исследования показали, что дисфункция V-АТФаз может привести к возникновению многих заболеваний, таких как остеопетроз и метастазирование опухоли в кости (98). Таким образом, V-АТФазы считаются потенциальной мишенью при лечении таких гиперактивных заболеваний, связанных с остеокластами, как остеопороз и метастазирование опухоли в кости. В 2002 году две исследовательские группы сообщили, что бафиломицин и конканамицин могут ингибировать подкисление V-АТФаз, воздействуя на субъединицу белка c в домене V0 (99, 100), тогда как дифиллин, как новый ингибитор V-АТФазы, ингибирует резорбцию остеокластов и апоптоз (101).В последние годы было подтверждено, что эноксацин является типом ингибитора V-АТФазы, который действует, блокируя связывание субъединицы B2 с микрофиламентами актина, тем самым разрушая образование шовных зон в остеокластах и ​​ингибируя закисление остеокластов (102). Хотя существует множество ингибиторов V-АТФазы, ни один из них не подвергался клиническим испытаниям. Таким образом, механизмы, мишени, эффективность и безопасность этих препаратов in vivo еще предстоит изучить в будущих исследованиях и технико-экономических обоснованиях.

    Глюкагоноподобный пептид 2

    Глюкагоноподобный пептид 2, секреция которого имеет четкий циркадный ритм и регулируется диетой, представляет собой пептидный гормон, продуцируемый клетками слизистой оболочки кишечника (103). Хенриксен и др. (104) обнаружили, что ремоделирование костей также демонстрирует циркадный ритм, тесно связанный с приемом пищи и временем приема пищи. Остеокальцин — это маркер, который тесно связан с формированием кости во время лечения остеопороза. Другое исследование Henriksen et al. (105) указали, что GLP-2 не влияет на формирование костей из-за увеличения резорбции костной ткани и стабильной экспрессии остеокальцина, которая возникает после лечения GLP-2 перед сном.Хотя некоторые исследования показали, что GLP-2 может ингибировать резорбцию костной ткани и увеличивать плотность костной ткани, его механизм неясен, особенно в отношении его влияния на биологическую функцию остеокластов, которое все еще плохо изучено.

    Ингибиторы TNF-α

    Высвобождение цитокинов тесно связано с РА и другими деструктивными заболеваниями костей. TNF-α стимулируется активированными Т-клетками, макрофагами и синовиальными клетками при воспалительных условиях и является наиболее важным воспалительным цитокином, вызывающим чрезмерную активацию остеокластов (106, 107).Экспрессия TNF-α оказывает несколько эффектов на остеокластогенез. RANKL секретируется в больших количествах остеобластами и костными стромальными клетками (108), в то время как экспрессия RANK на поверхности клеток-предшественников остеокластов увеличивается, а чувствительность RANK к RANKL повышается за счет рекрутирования остеокластов (109). Кроме того, TNF-α может стимулировать экспрессию другого цитокина, M-CSF, который поддерживает непрерывное образование и выживание остеокластов (110). Исходя из вышеупомянутой роли при заболеваниях, деструктивных костей, TNF-α, следовательно, представляет собой кандидатную терапевтическую мишень.В настоящее время биологическую таргетную терапию с использованием цитокинов можно условно разделить на две категории: моноклональные антитела и растворимые рецепторы, каждая из которых имеет разные механизмы. Моноклональные антитела можно использовать в качестве цитокинов или рецепторов цитокинов, тогда как растворимые рецепторы могут предварительно захватить и инактивировать цитокины до установления связи между цитокинами и рецепторами цитокинов. Инфликсимаб, адалимумаб и этанерцепт, представляющие собой антагонисты TNF-α, были исследованы в клинических испытаниях для использования при лечении РА (111, 112).

    Заключение

    Остеокласты отвечают за необходимую функцию резорбции кости in vivo , но клиническое лечение многих заболеваний, вызванных дисфункцией остеокластов, в частности чрезмерной активацией остеокластов, сталкивается с огромными проблемами. Для клинического лечения срочно необходима разработка новых таргетных препаратов, предназначенных для ингибирования образования остеокластов. Согласно исследованиям новых препаратов для ингибирования образования остеокластов, система RANKL / RANK / OPG, ось CSF-1 / CSF-1R, катепсин K, склеростин, V-АТФазы и цитокин TNF-α в настоящее время рассматриваются как потенциальные критические мишени. (Рисунок 1).Перспективы широкого применения деносумаба, антисклеростиновых антител, ингибиторов катепсина К и ингибиторов TNF-α в настоящее время изучаются в клинических испытаниях фазы II и фазы III. V-АТФазы обеспечивают теоретическое преимущество из-за их важной роли в подкислении остеокластов и деградации костного матрикса, а также того факта, что они не влияют на остеогенную активность. Однако, хотя было идентифицировано несколько ингибиторов V-АТФазы, ни один зрелый ингибитор не прошел клинических испытаний из-за ограничений, таких как связанная токсичность, неясный механизм действия и отсутствие достоверных моделей исследований на животных.GLP-2, полипептид, продуцируемый организмом, не имеет физиологических побочных эффектов и может регулировать циркадный ритм ремоделирования кости и сокращать время резорбции кости, что косвенно увеличивает остеогенное время. Однако было проведено несколько исследований взаимосвязи между GLP-2 и метаболизмом костей, и механизм действия GLP-2 остается неясным; поэтому его преобразование и клиническое применение требуют дальнейших исследований и технико-экономических обоснований.

    Рисунок 1 .Биологические процедуры дифференцировки остеокластов, резорбции костной ткани и механизмы текущих или будущих терапевтических препаратов. Остеокласты созрели из гемопоэтических стволовых клеток костного мозга (BMM) при стимуляции двух критических факторов, M-CSF (CSF-1) и активатора рецептора ядерного фактора лиганда каппа-B (RANKL). При связывании со своими специфическими рецепторами [CSF-1R и активатор рецептора ядерного фактора каппа-B (RANK)] на мембране BMM активируется серия каскадов, и затем BMM дифференцируются в созревшие остеокласты.Понимая важность M-CSF и RANKL в дифференцировке остеокластов, ингибиторы CSF-1R и RANKL рассматривались как доступная стратегия для подавления чрезмерно активированных остеокластов. Бисфосфонаты, широко используемые средства против остеопороза, могут абсорбироваться остеокластами и вызывать апоптоз остеокластов. Кроме того, было указано, что GLP-2 является негативным регулятором дифференцировки остеокластов, поэтому точные механизмы до сих пор неясны. Резорбция кости демонстрируется как специфическая функция остеокластов, а деградация костного матрикса индуцируется высвобождением катепсина K, а также H + , а высвобождение H + активируется V-АТФазой на мембране созревшего остеокласт.Таким образом, катепсин К и V-АТФаза считаются еще двумя мишенями для нарушения функции остеокластов, особенно ингибиторы катепсина К, такие как оданакатиб и баликатиб, проходят клинические испытания. (⊝ представляет ингибирующий или подавляющий эффект, ⊕ означает облегченный или повышающий эффект).

    В совокупности мы предполагаем, что дальнейшие исследования будут лучше всего сфокусированы на двух аспектах. Во-первых, необходимо провести дополнительные исследования для изучения и выяснения основных механизмов каждого заболевания.Хотя сообщалось, что остеокласты являются ключевым фактором, вызывающим остеолитические заболевания, следует также учитывать влияние образования и активности остеобластов, поскольку в метаболических процессах костей существует перекрестная связь между остеокластами и остеобластами. Во-вторых, срочно необходимы рандомизированные, многоцентровые, контролируемые и долгосрочные исследования для подтверждения безопасности и эффективности недавно разработанных фармакологических агентов. Антитело к склеростину, которое связано с формированием костей, повышенной минеральной плотностью костей и подавлением резорбции костей, отличается от других анаболических агентов и демонстрирует потенциал для широкого применения при лечении заболеваний, связанных с аберрантным метаболизмом костей.Кроме того, V-АТФазы состоят из множества субъединиц, большинство из которых считаются подходящими мишенями для разработки новых агентов, и модуляция V-АТФаз теоретически не должна влиять на образование остеокластов. Возможно, это был бы первоисточник в открытии лекарств. Остеопороз — наиболее распространенное заболевание, связанное с метаболизмом костей, особенно среди женщин в постменопаузе. В настоящее время разработанные новые лекарственные средства против остеопороза, такие как деносумаб, явно способны изменять качество кости при остеопорозе, улучшать механические свойства кости и впоследствии снижать риск хрупких переломов из-за ускоренного обновления костной ткани.На эти недавно открытые лекарства возлагаются большие надежды, хотя большинство из них все еще находятся в стадии разработки или ожидают утверждения.

    Взносы авторов

    XL, MD и BZ разработали большую часть этого обзора. HB, XC, SG, XL и JX несли основную ответственность за исследование и последующий обзор исследования. XL и HB написали статью.

    Заявление о конфликте интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Финансирование

    Это исследование было поддержано грантами Национального фонда естественных наук Китая (№ 81660365) и Национального фонда естественных наук для молодежи (№ 81601912).

    Список литературы

    2. Лэйси Д.Л., Тиммс Э., Тан Х.Л., Келли М.Дж., Данстан С.Р., Берджесс Т. и др. Лиганд остеопротегерина — это цитокин, регулирующий дифференцировку и активацию остеокластов. Cell (1998) 93 (2): 165–76. DOI: 10.1016 / S0092-8674 (00) 81569-X

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    3.Yao GQ, Sun BH, Weir EC, Insogna KL. Роль CSF-1 на клеточной поверхности в остеокластогенезе, опосредованном остеобластами. Calcif Tissue Int (2002) 70 (4): 339–46. DOI: 10.1007 / s00223-001-1079-x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    4. Саймонет В.С., Лейси Д.Л., Данстан К.Р., Келли М., Чанг М.С., Люти Р. и др. Остеопротегерин: новый секретируемый белок, участвующий в регуляции плотности костей. Cell (1997) 89 (2): 309–19. DOI: 10.1016 / S0092-8674 (00) 80209-3

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    7.Бойл В.Дж., Саймонет В.С., Лейси Д.Л. Дифференциация и активация остеокластов. Nature (2003) 423: 337–42. DOI: 10.1038 / nature01658

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    10. Ren W, Wu B, Peng X, Hua J, Hao HN, Wooley PH. Износ имплантата вызывает воспаление, но не резорбцию остеокластической кости у мышей RANK (- / -). J Orthop Res (2006) 24 (8): 1575–86. DOI: 10.1002 / jor.20190

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    11.PE Purdue, P Кулуварис, Potter HG, Nestor BJ, Sculco TP. Клеточная и молекулярная биология перипротезного остеолиза. Clin Orthop Relat Res (2007) 454: 251–61. DOI: 10.1097 / 01.blo.0000238813.95035.1b

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    12. Галло Дж., Гудман С.Б., Конттинен Ю.Т., Виммер М.А., Холинка М. Остеолиз вокруг тотального эндопротезирования коленного сустава: обзор патогенетических механизмов. Acta Biomater (2013) 9 (9): 8046–58. DOI: 10.1016 / j.actbio.2013.05.005

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    13. Ромас Э., Бахаревски О., Хардс Д. К., Карцогианнис В., Куинн Дж. М., Райан П. Ф. и др. Экспрессия фактора дифференцировки остеокластов на участках эрозии костей при коллаген-индуцированном артрите. Arthritis Rheum (2000) 43 (4): 821–6. DOI: 10.1002 / 1529-0131 (200004) 43: 4 <821 :: AID-ANR12> 3.0.CO; 2-T

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    17. Курихара Н., Редди С.В., Менаа К., Андерсон Д., Рудман Г.Д.Остеокласты, экспрессирующие ген нуклеокапсида вируса кори, обладают пагетическим фенотипом. J Clin Invest (2000) 105 (5): 607–14. DOI: 10.1172 / JCI8489

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    18. Хосла С., Хофбауэр LC. Лечение остеопороза: последние достижения и текущие проблемы. Ланцет Диабет и эндокринология (2017) 5 (11): 898–907. DOI: 10.1016 / S2213-8587 (17) 30188-2

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    19.Лойсон Т., Ван Канн Т., Шоффски П., Клемент П.М., Бехтер О., Сприт I и др. Заболеваемость остеонекрозом челюсти у пациентов с метастазами в кости, получавших последовательно бисфосфонаты и деносумаб. Acta Clin Belg (2017) 1–10. DOI: 10.1080 / 17843286.2017.1348001

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    20. Барретт-Коннор Э., Моска Л., Коллинз П., Гейгер М.Дж., Грэди Д., Корнитцер М. и др. Влияние ралоксифена на сердечно-сосудистые события и рак груди у женщин в постменопаузе. N Engl J Med (2006) 355 (2): 125–37. DOI: 10.1056 / NEJMoa062462

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    21. Bone HG, Chapurlat R, Brandi ML, Brown JP, Czerwinski E, Krieg MA, et al. Эффект от трех или шести лет воздействия деносумаба у женщин с постменопаузальным остеопорозом: результат расширения FREEDOM. J Clin Endocrinol Metab (2013) 98 (11): 4483–92. DOI: 10.1210 / jc.2013-1597

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    24.Crockett JC, Rogers MJ, Coxon FP, Hocking LJ, Helfrich MH. Краткое описание ремоделирования костей. J Cell Sci (2011) 124 (Pt 7): 991–8. DOI: 10.1242 / jcs.063032

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    29. Лю В., Чжан X. Активатор рецептора ядерного фактора-лиганда каппаВ (RANKL) / RANK / система остеопротегерина в кости и других тканях (Обзор). Mol Med Rep (2015) 11 (5): 3212–8. DOI: 10.3892 / mmr.2015.3152

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    30.Харрис WH. Износ и перипротезный остеолиз: проблема. Clin Orthop Relat Res (2001) 393: 66–70. DOI: 10.1097 / 00003086-200112000-00007

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    31. Teeny SM, York SC, Mesko JW, Rea RE. Рекомендации по долгосрочному наблюдению после тотального эндопротезирования тазобедренного и коленного суставов: результаты опроса членов Американской ассоциации хирургов тазобедренного и коленного суставов. J Артропластика (2003) 18 (8): 954–62. DOI: 10.1016 / j.arth.2003.09.001

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    32.Меркель К.Д., Эрдманн Дж.М., МакХью К.П., Абу-Амер Й., Росс Ф.П., Тейтельбаум С.Л. Фактор некроза опухоли альфа опосредует остеолиз ортопедических имплантатов. Am J Pathol (1999) 154 (1): 203–10. DOI: 10.1016 / S0002-9440 (10) 65266-2

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    33. Пиолетти Д. П., Коттелат А. Влияние частиц износа на экспрессию факторов остеокластогенеза остеобластами. Биоматериалы (2004) 25 (27): 5803–8. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2004.01.053

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    34. Holding CA, Финдли Д.М., Стаменков Р., Нил С.Д., Лукас Х., Дхармапатни А.С. и др. Корреляция экспрессии RANK, RANKL и TNFalpha с объемом потери костной массы и остатками полиэтиленового износа вокруг имплантатов бедра. Биоматериалы (2006) 27 (30): 5212–9. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2006.05.054

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    35. Лин Т.Х., Тамаки Ю., Паджаринен Дж., Уотерс Х.А., Ву Д.К., Яо З. и др.Хроническое воспаление при перипротезном остеолизе, вызванном биоматериалом: NF-kappaB в качестве терапевтической мишени. Acta Biomater (2014) 10 (1): 1–10. DOI: 10.1016 / j.actbio.2013.09.034

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    36. Котаке С., Удагава Н., Хакода М., Моги М., Яно К., Цуда Е. и др. Активированные человеческие Т-клетки непосредственно индуцируют остеокластогенез из человеческих моноцитов: возможная роль Т-клеток в разрушении костей у пациентов с ревматоидным артритом. Arthritis Rheum (2001) 44 (5): 1003–12.DOI: 10.1002 / 1529-0131 (200105) 44: 5 <1003 :: AID-ANR179> 3.0.CO; 2- #

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    37. Чен Г., Сиркар К., Априкян А., Потти А., Гольцман Д., Раббани С.А. Экспрессия RANKL / RANK / OPG при первичном и метастатическом раке простаты человека как маркеры стадии заболевания и функциональной регуляции. Рак (2006) 107 (2): 289–98. DOI: 10.1002 / cncr.21978

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    38.Дугалл WC. Молекулярные пути: зависимые от остеокластов и независимые от остеокластов роли пути RANKL / RANK / OPG в онкогенезе и метастазировании. Clin Cancer Res (2012) 18 (2): 326–35. DOI: 10.1158 / 1078-0432.CCR-10-2507

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    39. Peng X, Guo W, Ren T, Lou Z, Lu X, Zhang S, et al. Дифференциальная экспрессия системы RANKL / RANK / OPG связана с метастазами в кости при немелкоклеточном раке легкого человека. PLoS One (2013) 8 (3): e58361.DOI: 10.1371 / journal.pone.0058361

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    40. Кобаяси Ю., Удагава Н., Такахаши Н. Действие RANKL и OPG на остеокластогенез. Crit Rev Eukaryot Gene Expr (2009) 19 (1): 61–72. DOI: 10.1615 / CritRevEukarGeneExpr.v19.i1.30

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    41. Джулс Дж, Эшли Дж. У., Фен X. Селективное нацеливание сигнальных путей RANK как новые терапевтические стратегии для остеопороза. Мнение экспертов Ther Targets (2010) 14 (9): 923–34. DOI: 10.1517 / 14728222.2010.511179

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    42. Аткинс Г.Дж., Костакис П., Пан Б., Фарруджа А., Гронтос С., Евдокиу А. и др. Экспрессия RANKL связана с состоянием дифференцировки остеобластов человека. J Bone Miner Res (2003) 18 (6): 1088–98. DOI: 10.1359 / jbmr.2003.18.6.1088

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    43.Аткинс Г.Дж., Костакис П., Винсент С., Фарруджа А.Н., Хучинс Дж. П., Финдли Д.М. и др. Экспрессия RANK как маркер клеточной поверхности предшественников остеокластов человека в периферической крови, костном мозге и гигантоклеточных опухолях костей. J Bone Miner Res (2006) 21 (9): 1339–49. DOI: 10.1359 / jbmr.060604

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    44. Сезер О., Хейдер Ю., Якоб С., Заврски И., Ойкер Дж., Поссингер К. и др. Иммуноцитохимия выявляет экспрессию RANKL миеломных клеток. Кровь (2002) 99 (12): 4646–7. DOI: 10.1182 / кровь-2002-01-0148

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    45. Пэджет Дж. О форме хронического воспаления костей (деформирующий остит). Мед Чир Транс (1877) 60 (37–64): 39.

    Google Scholar

    46. Селби П.Л., Дэви М.В., Ралстон С.Х., Стоун, доктор медицины, Общество костей и зубов Великобритании; Национальная ассоциация помощи при болезни Педжета. Рекомендации по лечению костной болезни Педжета. Кость (2002) 31 (3): 366–73. DOI: 10.1016 / S8756-3282 (02) 00817-7

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    47. Менаа С., Редди С.В., Курихара Н., Маеда Х., Андерсон Д., Канди Т. и др. Повышенная экспрессия лиганда RANK и повышенная чувствительность клеток костного мозга при костной болезни Педжета. J Clin Invest (2000) 105 (12): 1833–8. DOI: 10.1172 / JCI9133

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    48. Сан С.Г., Лау Ю.С., Итонага I, Сабокбар А., Атанасу Н.А.Костные стромальные клетки в костной ткани и саркоме Педжета экспрессируют RANKL и поддерживают образование остеокластов человека. J Pathol (2006) 209 (1): 114–20. DOI: 10.1002 / путь.1953

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    49. Рудман Г.Д. Механизмы аномального обмена костной ткани при болезни Педжета. Кость (1999) 24 (5 доп.): 39S – 40S. DOI: 10.1016 / S8756-3282 (99) 00045-9

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    51. Хаген Дж. Э., Миллер А. Н., Отт С. М., Гарднер М., Моршед С., Джерей К. и др.Связь атипичных переломов бедренной кости с применением бисфосфонатов у пациентов с варусной геометрией бедра. J Bone Joint Surg Am (2014) 96 (22): 1905–1909. DOI: 10.2106 / JBJS.N.00075

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    52. Кумар В., Шахи А.К. Азотсодержащие бисфосфонаты, связанные с остеонекрозом челюстей: обзор литературы за последние 10 лет. Dent Res J (2014) 11 (2): 147–53.

    Google Scholar

    53. Parretta E, Sottosanti L, Sportiello L, Rafaniello C, Potenza S, D’Amato S и др.Связанный с бисфосфонатами остеонекроз челюсти: итальянский постмаркетинговый анализ эпиднадзора. Мнение эксперта Drug Saf (2014) 13 (Дополнение 1): S31–40. DOI: 10.1517 / 14740338.2014.951329

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    55. Рассел Р.Г., Ся З., Данфорд Дж. Э., Опперманн Ю., Квааси А., Халли П. А. и др. Бисфосфонаты: обновленная информация о механизмах действия и их соотношении с клинической эффективностью. Ann N Y Acad Sci (2007) 1117: 209–57. DOI: 10.1196 / летопись.1402.089

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    56. Торо Э. Дж., Цзо Дж., Гутьеррес А., Ла Роса Р. Л., Гаврон А. Дж., Брадаскиа-Корреа В. и др. Бис-эноксацин подавляет резорбцию кости и ортодонтическое движение зубов. J Dent Res (2013) 92 (10): 925–31. DOI: 10.1177 / 0022034513501876

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    57. Ривера М.Ф., Чуккапалли С.С., Вельско И.М., Ли Дж.Й., Бхаттачарья И., Дольче С. и др. Бис-эноксацин блокирует резорбцию альвеолярной кости крысы от экспериментального пародонтита. PLoS One (2014) 9 (3): e. DOI: 10.1371 / journal.pone.00

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    58. Лю Х, Цюй Х, Ни Т., Чжай З., Ли Х, Оуян З. и др. Благоприятное влияние бисфосфонат-эноксацина на массу и прочность кортикальной кости у крыс с удаленными яичниками. Front Pharmacol (2017) 8: 355. DOI: 10.3389 / fphar.2017.00355

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    60. Хьюм Д.А., Макдональд КП.Терапевтическое применение макрофагального колониестимулирующего фактора-1 (CSF-1) и антагонистов передачи сигналов рецептора CSF-1 (CSF-1R). Кровь (2012) 119 (8): 1810–20. DOI: 10.1182 / кровь-2011-09-379214

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    61. Бишоф Р.Дж., Зафиропулос Д., Гамильтон Д.А., Кэмпбелл И.К. Обострение острого воспалительного артрита под действием колониестимулирующих факторов CSF-1 и гранулоцитарных макрофагов (GM) -CSF: свидетельство инфильтрации макрофагов и местной пролиферации. Clin Exp Immunol (2000) 119 (2): 361–7. DOI: 10.1046 / j.1365-2249.2000.01125.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    62. Кэмпбелл И.К., Рич М.Дж., Бишоф Р.Дж., Гамильтон Д.А. Колониестимулирующие факторы и коллаген-индуцированный артрит: обострение болезни, вызванное M-CSF и G-CSF, и потребность в эндогенном M-CSF. J Leukoc Biol (2000) 68 (1): 144–50.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    63. Paniagua RT, Chang A., Mariano MM, Stein EA, Wang Q, Lindstrom TM, et al.c-Fms-опосредованная дифференцировка и праймирование моноцитарных клональных клеток играет центральную роль в аутоиммунном артрите. Arthritis Res Ther (2010) 12 (1): R32. DOI: 10.1186 / ar2940

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    64. Гарсия С., Харткамп Л.М., Малвар-Фернандес Б., ван Эс И.Е., Лин Х., Вонг Дж. И др. Блокада рецептора колониестимулирующего фактора (CSF) 1 снижает воспаление в моделях ревматоидного артрита у людей и мышей. Arthritis Res Ther (2016) 18:75.DOI: 10.1186 / s13075-016-0973-6

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    65. Cenci S, Weitzmann MN, Gentile MA, Aisa MC, Pacifici R. Нейтрализация M-CSF и дефицит egr-1 предотвращают потерю костной массы, вызванную овариэктомией. J Clin Invest (2000) 105 (9): 1279–87. DOI: 10.1172 / JCI8672

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    67. Риткоттер Э., Блекманн А., Байерлова М., Менк К., Чуанг Х. Н., Венске Б. и др. Лечение анти-CSF-1 эффективно для предотвращения инвазии карциномы, вызванной клетками, происходящими из моноцитов, но вряд ли микроглией. Oncotarget (2015) 6 (17): 15482–93. DOI: 10.18632 / oncotarget.3855

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    68. Лин Х., Ли Э., Хестир К., Лео С., Хуанг М., Бош Э. и др. Открытие цитокина и его рецептора путем функционального скрининга внеклеточного протеома. Наука (2008) 320 (5877): 807–11. DOI: 10.1126 / science.1154370

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    69. Ма Х, Лин В.Й., Чен Й., Ставицки С., Мухяла К., Ву И и др.Структурная основа двойного распознавания спиральных цитокинов IL-34 и CSF-1 с помощью CSF-1R. Структура (2012) 20 (4): 676–87. DOI: 10.1016 / j.str.2012.02.010

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    70. Феликс Дж., Элегхерт Дж., Гуче И., Шкуматов А.В., Вен Й, Бракке Н. и др. Человеческий IL-34 и CSF-1 образуют структурно сходные внеклеточные сборки с их общим гематопоэтическим рецептором. Структура (2013) 21 (4): 528–39. DOI: 10.1016 / j.ул.2013.01.018

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    71. Бодхуин М., Рено Р., Шарье С., Риет А., Моро А., Брион Р. и др. Интерлейкин-34 экспрессируется гигантоклеточными опухолями костей и играет ключевую роль в индуцированном RANKL остеокластогенезе. J Pathol (2010) 221 (1): 77–86. DOI: 10.1002 / путь.2684

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    74. Бойс Б.Ф., Син Л. Биология RANK, RANKL и остеопротегерина. Arthritis Res Ther (2007) 9 (Приложение 1): S1. DOI: 10.1186 / ar2165

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    75. Кирнс А.Е., Хосла С., Костенуик П.Дж. Активатор рецепторов ядерного фактора, лиганда kappaB, и остеопротегерин, регулирующий ремоделирование костей при здоровье и болезнях. Endocr Ред. (2008) 29 (2): 155–92. DOI: 10.1210 / er.2007-0014

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    76. Уоттс Н.Б., Ру С., Модлин Дж. Ф., Браун Дж. П., Дэниэлс А., Джексон С. и др.Инфекции у женщин в постменопаузе с остеопорозом, получавших деносумаб или плацебо: совпадение или причинная связь? Osteoporos Int (2012) 23 (1): 327–37. DOI: 10.1007 / s00198-011-1755-2

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    77. Папапулос С., Чапурлат Р., Либанати С., Брэнди М.Л., Браун Дж. П., Червински Е. и др. Пять лет применения деносумаба у женщин с постменопаузальным остеопорозом: результаты первых двух лет продления срока действия FREEDOM. J Bone Miner Res (2012) 27 (3): 694–701. DOI: 10.1002 / jbmr.1479

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    78. Папапулос С., Липпунер К., Ру С., Лин С.Дж., Кендлер Д.Л., Левецки Е.М. и др. Эффект от 8 или 5 лет лечения деносумабом у женщин в постменопаузе с остеопорозом: результаты исследования FREEDOM Extension. Osteoporos Int (2015) 26 (12): 2773–83. DOI: 10.1007 / s00198-015-3234-7

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    79.Bone HG, Wagman RB, Brandi ML, Brown JP, Chapurlat R, Cummings SR, et al. 10 лет лечения деносумабом у женщин в постменопаузе с остеопорозом: результаты рандомизированного исследования FREEDOM фазы 3 и открытого расширения. Ланцет, диабет, эндокринол (2017) 5 (7): 513–23. DOI: 10.1016 / S2213-8587 (17) 30138-9

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    80. Винклер Д.Г., Сазерленд М.С., Ояла Э., Теркотт Э., Геогеган Дж.С., Шпектор Д. и др. Ингибирование склеростином индуцированной Wnt-3a дифференцировки клеток C3h20T1 / 2 является непрямым и опосредуется морфогенетическими белками кости. J Biol Chem (2005) 280 (4): 2498-502. DOI: 10.1074 / jbc.M400524200

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    81. Lewiecki EM. Роль склеростина в костях и хрящах и его потенциал в качестве терапевтической мишени при заболеваниях костей. Ther Adv Musculoskelet Dis (2014) 6 (2): 48–57. DOI: 10.1177 / 1759720X13510479

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    82. McClung MR, Grauer A, Boonen S, Bolognese MA, Brown JP, Diez-Perez A, et al.Ромосозумаб у женщин в постменопаузе с низкой минеральной плотностью костей. N Engl J Med (2014) 370 (5): 412–20. DOI: 10.1056 / NEJMoa1305224

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    83. Рекнор С.П., Реккер Р.Р., Бенсон К.Т., Робинс Д.А., Чианг А.Ю., Алам Дж. И др. Эффект прекращения лечения блозозумабом: последующие результаты рандомизированного клинического исследования фазы 2 у женщин в постменопаузе с низкой минеральной плотностью костей. J Bone Miner Res (2015) 30 (9): 1717–25.DOI: 10.1002 / jbmr.2489

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    84. Keaveny TM, Crittenden DB, Bolognese MA, Genant HK, Engelke K, Oliveri B, et al. У женщин в постменопаузе с низкой костной массой ромосозумаб дает больший прирост прочности позвоночника и бедер по сравнению с терипаратидом. J Bone Miner Res (2017) 32 (9): 1956–62. DOI: 10.1002 / jbmr.3176

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    85. MacNabb C, Patton D, Hayes JS.Терапия антителами к склеростину для лечения остеопороза: клинические перспективы и проблемы. Дж. Остеопорос (2016) 2016: 6217286. DOI: 10.1155 / 2016/6217286

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    86. Васильева О., Райнхекель Т., Петерс С., Тюрк Д., Тюрк В., Тюрк Б. Новые роли цистеиновых катепсинов в болезнях и их потенциал в качестве мишеней для лекарств. Curr Pharm Des (2007) 13 (4): 387-403. DOI: 10.2174 / 138161207780162962

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    88.Runger TM, Adami S, Benhamou CL, Czerwinski E, Farrerons J, Kendler DL, et al. Морфеоподобные кожные реакции у пациентов, получавших ингибитор катепсина К баликатиб. J Am Acad Dermatol (2012) 66 (3): e89–96. DOI: 10.1016 / j.jaad.2010.11.033

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    89. Готье Дж. Я., Шоре Н., Кромлиш В., Десмаре С., Дуонг ле Т., Фальгайре Дж. П. и др. Открытие оданакатиба (MK-0822), селективного ингибитора катепсина К. Bioorg Med Chem Lett (2008) 18 (3): 923–8. DOI: 10.1016 / j.bmcl.2007.12.047

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    90. Stoch SA, Zajic S, Stone J, Miller DL, Van Dyck K, Gutierrez MJ, et al. Влияние ингибитора катепсина К оданакатиба на биомаркеры резорбции кости у здоровых женщин в постменопаузе: два двойных слепых рандомизированных плацебо-контролируемых исследования фазы I. Clin Pharmacol Ther (2009) 86 (2): 175–82. DOI: 10.1038 / clpt.2009.60

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    91.Чапурлат Р.Д. Odanacatib: обзор его потенциала в лечении остеопороза у женщин в постменопаузе. Ther Adv Musculoskelet Dis (2015) 7 (3): 103–9. DOI: 10.1177 / 1759720X15580903

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    93. Юань Ф.Л., Ли X, Лу В.Г., Ли К.В., Ли Дж.П., Ван Ю. Вакуолярная АТФаза в костных клетках: потенциальная терапевтическая мишень при остеопорозе. Mol Biol Rep (2010) 37 (7): 3561–6. DOI: 10.1007 / s11033-010-0004-7

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    96.Supek F, Supekova L, Mandiyan S, Pan YC, Nelson H, Nelson N. Новая дополнительная субъединица для вакуолярной H (+) — АТФазы из хромаффинных гранул. J Biol Chem (1994) 269 (39): 24102-6.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    97. Людвиг Дж., Кершер С., Брандт Ю., Пфайффер К., Гетлави Ф., Apps DK и др. Идентификация и характеристика нового белка 9,2 кДа, ассоциированного с мембранным сектором, вакуолярной протон-АТФазы из хромаффинных гранул. J Biol Chem (1998) 273 (18): 10939–47.DOI: 10.1074 / jbc.273.18.10939

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    99. Bowman BJ, Bowman EJ. Мутации в субъединице C вакуолярной АТФазы придают устойчивость к бафиломицину и идентифицируют консервативный сайт связывания антибиотика. J Biol Chem (2002) 277 (6): 3965–72. DOI: 10.1074 / jbc.M109756200

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    100. Huss M, Ingenhorst G, Konig S, Gassel M, Drose S, Zeeck A, et al. Конканамицин А, специфический ингибитор V-АТФаз, связывается с субъединицей V (o) c. J Biol Chem (2002) 277 (43): 40544–8. DOI: 10.1074 / jbc.M207345200

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    101. Соренсен М.Г., Хенриксен К., Нойцски-Вульф А.В., Дзигель М.Х., Карсдал М.А. Дифиллин, новый и естественный мощный ингибитор V-АТФазы, устраняет закисление лакун резорбции остеокластов и резорбцию кости. J Bone Miner Res (2007) 22 (10): 1640–8. DOI: 10.1359 / jbmr.070613

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    102.Торо Э.Дж., Цзо Дж., Остров Д.А., Каталфамо Д., Брадаскиа-Корреа В., Арана-Чавес В. и др. Эноксацин напрямую подавляет остеокластогенез, не вызывая апоптоза. J Biol Chem (2012) 287 (21): 17894–904. DOI: 10.1074 / jbc.M111.280511

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    103. Друкер Д., Эрлих П., Аса С.Л., Брубейкер П.Л. Индукция пролиферации кишечного эпителия глюкагоноподобным пептидом 2. Proc Natl Acad Sci U S. A (1996) 93 (15): 7911-6.DOI: 10.1073 / pnas.93.15.7911

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    104. Хенриксен Д. Б., Александерсен П., Хартманн Б., Адриан С. Л., Бирьялсен И., Боун Х. Г. и др. Диссоциация резорбции и образования костной ткани с помощью GLP-2: 14-дневное исследование у здоровых женщин в постменопаузе. Кость (2007) 40 (3): 723–9. DOI: 10.1016 / j.bone.2006.09.025

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    105. Хенриксен Д.Б., Александерсен П., Бьярнасон Н.Х., Вилсболл Т., Хартманн Б., Хенриксен Э.Е. и др.Роль желудочно-кишечных гормонов в постпрандиальном снижении резорбции костной ткани. J Bone Miner Res (2003) 18 (12): 2180–9. DOI: 10.1359 / jbmr.2003.18.12.2180

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    107. Раднер Х, Алетаха Д. Анти-TNF при ревматоидном артрите: обзор. Wien Med Wochenschr (2015) 165 (1–2): 3–9. DOI: 10.1007 / s10354-015-0344-y

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    108. Куинн Дж. М., Хорвуд, Нью-Джерси, Эллиот Дж., Гиллеспи М. Т., Мартин Т. Дж..Фибробластные стромальные клетки экспрессируют активатор рецептора лиганда NF-каппа B и поддерживают дифференцировку остеокластов. J Bone Miner Res (2000) 15 (8): 1459–66. DOI: 10.1359 / jbmr.2000.15.8.1459

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    109. Китаура Х., Сэндс М.С., Ая К., Чжоу П., Хираяма Т., Утгенаннт Б. и др. Стромальные клетки костного мозга и предшественники остеокластов по-разному вносят вклад в индуцированный TNF-альфа остеокластогенез in vivo. J Immunol (2004) 173 (8): 4838–46.DOI: 10.4049 / jimmunol.173.8.4838

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    111. Брюс М.Л., Пек Б. Новые методы лечения ревматоидного артрита. Холист Нурс Практик (2005) 19 (5): 197–204. DOI: 10.1097 / 00004650-200509000-00004

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    границ | В поисках выхода: судьба предшественников остеокластов после активации толл-подобного рецептора

    Введение

    Организм человека постоянно подвергается воздействию микроорганизмов.В дополнение к нашим собственным клеткам, люди являются хозяевами обширного сообщества микробов, количество бактерий по оценкам превышает количество клеток-хозяев в 1,3 раза (1, 2). Большинство этих микроорганизмов населяют желудочно-кишечный тракт и регулируют переработку и абсорбцию питательных веществ и биосинтез витаминов, что влияет на развитие и ремоделирование многих органов, включая кости (3). Недавно было продемонстрировано, что нарушения нормальной микробной популяции связаны с воздействием на кости не только из-за нарушения усвоения питательных веществ, но также из-за активации рецепторов распознавания образов (PRR), экспрессируемых в иммунных клетках связанными с микробами молекулярные паттерны (МАМП), выделяемые микроорганизмами (4–6).Кишечная микробиота модулирует неожиданные события, далекие от поверхности слизистой оболочки, такие как вызванная дефицитом половых стероидов потеря костной массы (7). В отличие от мышей дикого типа, мыши, лишенные половых стероидов, лишенные микробов, не могут повышать остеокластогенные цитокины, и, следовательно, не увеличивается резорбция кости и сохраняется костная масса. Микробная реколонизация восстанавливает способность истощения половых стероидов вызывать потерю губчатой ​​кости. Интересно, что изменение нормальной микробной популяции за счет добавления пробиотиков защищает мышей от потери костной массы, вызванной истощением половых стероидов.Подтверждая эти наблюдения на мышах, двойное слепое плацебо-контролируемое клиническое исследование продемонстрировало, что ежедневный прием Lactobacillus reuteri в течение 12 месяцев снижает потерю объемной минеральной плотности костной ткани (BMD) у 75–80-летних женщин с низкой BMD ( 8).

    Эффект MAMPs на метаболизм костей проявляется при инфекционных заболеваниях, близких к скелету. При пародонтите, широко распространенном воспалительном заболевании, которым страдают более двух третей американцев в возрасте старше 65 лет, клинически наблюдается потеря костной массы из-за инфицирования патогенными бактериями и их распознавания иммунной системой хозяина (9).Потеря костной массы, вызванная бактериями, также участвует в патогенезе остеомиелита (10). Резорбция кости из-за чрезмерного образования остеокластов также наблюдается при септическом артрите Staphylococcus aureus (11, 12), необычном, но не редком заболевании, поражающем 2-10 пациентов из 100 000 в общей популяции (13). Не только MAMPs могут активировать PRR, поскольку эти рецепторы распознают также эндогенно продуцируемые молекулы, такие как молекулярные структуры, связанные с опасностями (DAMP).

    Для изучения взаимодействия между костными и иммунными клетками почти 50 лет назад возникла остеоиммунология.В 1970 году революционная публикация Haussman et al. сообщили, что эндотоксин из микроорганизма, обычно обнаруживаемого в десневой борозде, Bacteroides melaninogenicus , обладает такой же сильной, как паратироидный гормон, своей способностью вызывать остеокластогенез и резорбцию кости (14). Два года спустя Horton et al. описали фактор, высвобождаемый лейкоцитами, контактирующими с зубным налетом, который стимулировал резорбцию кости в культурах органов эмбриональной крысы радиуса за счет увеличения количества остеокластов (15).Это были первые доказательства того, что бактериальные компоненты могут косвенно влиять на метаболизм костей через активацию воспалительных клеток. С тех пор механизмы, лежащие в основе взаимодействий между воспалительными клетками и костными клетками, были тщательно изучены, особенно роль цитокинов в воспалительной потере костной массы (16).

    Большой прогресс в области остеоиммунологии стал возможным после прорывных открытий в конце 1990-х годов, связанных с характеристикой Toll-подобных рецепторов.Белок Toll, в первую очередь связанный с формированием паттерна дорсо-вентрального эмбриона Drosophila melanogaster (17), был идентифицирован в 1996 г. как критическая молекула для ответа против грибка Aspergillus fumigatus (18). Его гомолог у людей, который когда-то называли hToll, а теперь — Toll-подобным рецептором 4 (TLR4), через год было показано, что он связан также с производством цитокинов в человеческих моноцитах (19). Идентификация мутации в гене Tlr4 у мышей, которая делает их устойчивыми к эндотоксину, подтвердила участие TLR в врожденном иммунитете (20).

    Неудивительно, что остеокласты, происходящие из гемопоэтических стволовых клеток, экспрессируют TLR и отвечают на MAMP (21). Таким образом, эффект активации TLR в остеокластах и ​​их предшественниках является важным аспектом патогенеза индуцированного воспалением ремоделирования кости. В этом обзоре мы стремимся проанализировать молекулярные механизмы, лежащие в основе эффектов TLR в биологии остеокластов.

    Остеокласты, костные клетки, возникающие из иммунной системы

    Клиническое наблюдение местной и системной потери костной массы при различных воспалительных заболеваниях демонстрирует влияние воспаления на метаболизм костей (22).Эти заболевания включают ревматоидный артрит, псоариатрический артрит, анкилозирующий спондилит, септический артрит, пародонтит, воспалительное заболевание кишечника, остеомиелит и расшатывание суставных протезов и зубных имплантатов. Эффект воспалительного процесса чаще всего проявляется локально в суставах или костях челюсти, но ревматоидный артрит и воспалительное заболевание кишечника также вызывают системную потерю костной массы, так называемый вторичный остеопороз. При пародонтите, неудачных зубных имплантатах и ​​септическом артрите потеря костной массы связана с инфекциями, вызываемыми бактериями, которые, как известно, активируют TLR, но эти рецепторы также могут быть активированы эндогенными веществами, продуцируемыми клетками воспаленного сустава у пациентов с ревматоидным артритом.Расширение знаний в области остеоиммунологии помогло нам понять, как бактерии и производимые тканями лиганды могут регулировать ремоделирование кости путем активации TLR.

    Мышиные моноциты и макрофаги различного происхождения, такие как костный мозг, селезенка, тимус и периферическая кровь, способны дифференцироваться в зрелые остеокласты при совместном культивировании со стромальными клетками в присутствии 1,25-дигидроксивитамина D3 (23). Общее происхождение с воспалительными клетками может объяснить, почему резорбция кости, вызванная остеокластами, запускается провоспалительными цитокинами, такими как IL-1β, TNF-α, OSM, IL-6, IL-11 и IL-17 (16).Механизм, лежащий в основе действия провоспалительных цитокинов при потере костной массы, довольно сложен и включает прямые механизмы за счет связывания цитокинов с рецепторами цитокинов, экспрессируемых предшественниками остеокластов, и косвенные механизмы за счет продукции остеокластогенных факторов воспалительными и резидентными клетками.

    Макрофаги и остеокласты имеют одни и те же клетки-предшественники, и на дифференцировку обеих клеток влияет мутация потери функции в гене фактора стимуляции колоний макрофагов (M-CSF) (24).Существенная роль M-CSF в остеокластогенезе также доказана у мышей, лишенных его рецептора c-FMS, кодируемого геном Csfr1 , у которых развивается тяжелый остеопетроз (25). Скелетный фенотип, вызванный недостаточной передачей сигналов M-CSF, обусловлен важной ролью M-CSF в пролиферации и выживании предшественников остеокластов (26).

    Среди рецепторов цитокинов, влияющих на остеокластогенез, ключевой молекулой является рецептор RANK (активатор рецептора ядерного фактора (NF) -κB) (рис. 1).У мышей с дефицитом Tnfrsf11a (ген, кодирующий RANK) нарушен остеокластогенез и наблюдается тяжелый остеопетроз (27). RANKL (лиганд для RANK), цитокин, принадлежащий к суперсемейству факторов некроза опухоли (TNF), экспрессируется резидентными костными клетками, такими как остеобласты и остеоциты (16), а также различными Т-клетками (28), что снова указывает на то, что активное влияние иммунной системы на остеокластогенез. Делеция Tnfsf11 (гена, кодирующего RANKL) приводит к фенокопированию мышей Tnfrsf11a — / — .Как образование, так и активность зрелых остеокластов стимулируются лигированием RANKL с RANK in vitro (29–31). Чтобы противодействовать действию RANKL, рецептор-ловушка, лишенный трансмембранного домена, остеопротегерина (OPG), конкурирует с RANK за ​​связывание RANKL и блокирует дифференцировку и активацию остеокластов (32, 33).

    Рисунок 1 . Физиологическая дифференцировка остеокластов. Предшественники остеокластов экспрессируют c-FMS, рецептор M-CSF. После связывания M-CSF с c-Fms эти клетки экспрессируют RANK, который активируется RANKL, экспрессируемым остеобластами и остеоцитами.Связывание RANKL с RANK, в сотрудничестве с передачей сигналов от костимулирующих рецепторов OSCAR / FcRgamma и TREM-2 / Dap12, индуцирует дифференцировку клеток-предшественников в предшественники остеокластов, которые в конечном итоге сливаются с латентными многоядерными остеокластами. Непрерывная передача сигналов с помощью RANK вызывает их активацию зрелыми, резорбирующими костную ткань остеокластами.

    Не только иммунные клетки нуждаются в костимулирующих сигналах для активации, но и остеокластам требуются эти сигналы для своей активации в дополнение к передаче сигналов, индуцированной M-CSF и RANKL (Рисунок 1).Фактически, иммунорецепторный мотив активации на основе тирозина (ITAM), несущий адаптеры, общая гамма-субъединица Fc-рецептора (FcRγ) и ДНКX-активирующий белок (DAP) 12 важны для терминальной дифференциации остеокластов, как показано на остеопетротических мышах, лишенных этих рецепторов. (34). В остеокластах иммуноглобулиноподобные рецепторы, связанные с FcRγ и DAP12, представляют собой рецептор, связанный с остеокластами (OSCAR), и запускающий рецептор, экспрессируемый в миелоидных клетках 2 (TREM-2), соответственно (26). Хотя FcRγ / DAP12 имеют решающее значение для возникновения остеокластогенеза, лиганды, активирующие рецепторы в предшественниках остеокластов, неизвестны.Недавно было продемонстрировано, что нижестоящий от киназы-3 (DOK3) белок, о котором известно, что он физически взаимодействует с DAP12 в макрофагах, подавляя передачу сигналов TLR (35), является важным негативным регулятором образования остеокластов. Механизм включает ингибирование M-CSF и RANKL-индуцированной активации Syk и ERK. In vivo у мышей DOK3 — / — снижена масса губчатой ​​кости и увеличено количество остеокластов TRAP + (36).

    Поскольку остеокласты происходят из гемопоэтических предшественников, неудивительно, что TLR влияют на биологию остеокластов.Однако, будучи высокоспециализированной клеткой, активация TLR в остеокластах и ​​их клетках-предшественниках приводит к сложным результатам, которые будут дополнительно исследованы в этом обзоре.

    Семейство толл-подобных рецепторов в остеокластах

    Семейство TLR состоит из 13 членов у млекопитающих, 10 из которых идентифицированы у людей (TLR1-10), среди которых девять экспрессируются предшественниками остеокластов (TLR1-9) (37). Члены этого семейства гомологичны белку Toll дрозофилы и состоят из интегральных мембранных гликопротеинов с внеклеточными доменами лейцин-богатых повторов (LRR), одного трансмембранного домена и С-концевого внутриклеточного домена, гомологичного внутриклеточному домену интерлейкина-1. рецептор (IL1R), называемый доменом Toll / IL-1R (доменом TIR) (38, 39).

    Несмотря на консервативный внеклеточный домен LRR, TLR могут воспринимать широкий спектр MAMP, экспрессируемых вторгающимися микробами и связанными с опасностями молекулярными паттернами (DAMP), экспрессируемыми хозяином, вероятно, посредством вставок определенных аминокислот, придающих лиганд-специфичность (40) (Рисунок 2 ). Интересно, что разные лиганды могут связываться с одним и тем же TLR (рис. 2). Таким образом, TLR4, например, может распознавать MAMP, такие как липополисахарид LPS (41) и липид A (42), а также DAMP, такие как сывороточный амилоид A (43), S100A8 / S100A9 (44), окисленный липопротеин низкой плотности. и амилоид β (45) в дополнение к нескольким другим MAMP и DAMP.Способность распознавать различные структуры с помощью TLR объясняет, почему эндогенные лиганды TLR, такие как DAMP, секретируемые некротическими клетками и внеклеточным матриксом (ECM) в ответ на повреждение или повреждение ткани, а также MAMP, такие как LPS, липопептиды, олигодезоксинуклеотиды CpG, и флагеллин, среди прочего, влияют на остеокластогенез. Эффекты и механизм действия MAMP и DAMP в остеокластах суммированы в таблице S1 и будут дополнительно рассмотрены ниже.

    Рисунок 2 .TLR1-9 экспрессируются клетками, принадлежащими к линии остеокластов, из которых TLR2, 4, 5, 7 и 9, как было показано, являются функциональными. На рисунке представлены все TLR, которые, как было описано, экспрессируются в клетках, принадлежащих к линии остеокластов, и некоторым их лигандам.

    Для передачи сигналов DAMPs и MAMPs связываются с TLR в основном как гомо- и гетеродимеры (46). В случае TLR4 распознавание LPS требует связывания с дополнительными белками, LPS-связывающим белком и CD14, прежде чем переноситься в белковый комплекс TLR4 / MD2 (47).Помимо TLR4; TLR2, TLR5 и TLR9 отвечают за распознавание бактериальных компонентов. TLR2 в сочетании с TLR1 или TLR6 распознает различные компоненты бактериальной клеточной стенки, такие как липотейковая кислота (48) и липопротеины / липопептиды (49, 50), в то время как TLR5 опосредует ответ на флагеллин (51) (Рисунок 2). Подобно TLR4 и в соответствии со своими функциями TLR2 и TLR5 связаны с мембраной. Среди внутриклеточных TLR TLR9 распознает бактериальную ДНК через мотивы CpG (52).Ответ клетки на вирусы главным образом запускается распознаванием вирусных компонентов внутриклеточными рецепторами TLR3, 7 и 8 (53), хотя сообщается, что TLR4 также может распознавать вирусные белки (54). На TLR7 также может воздействовать синтетическое соединение имиквимод, используемое для местного лечения рака кожи и других кожных заболеваний (55).

    После клонирования TLR4 было показано, что TLR4 передает сигнал через путь NF-κB, чтобы индуцировать продукцию цитокинов (19). Позже некоторые молекулы были идентифицированы как адаптерные белки выше активации NF-κB и др. Сигнальных путей, таких как MAPKs, как подробно рассмотрено в других работах (56-59).

    Для индукции экспрессии эффекторного гена выше NF-κB TLR используют путь канонического миелоидного фактора дифференцировки 88 (Myd88) и неканонический Myd88-независимый путь, содержащий TIR-домен, индуцирующий адаптер-индуцирующий интерферон-β (TRIF) путь (TRIF) ( Рисунок 3). За исключением TLR3, все TLR активируют Myd88-зависимый путь, в то время как Myd88-независимый путь также может быть активирован TLR3, TLR4 и TLR5 (рисунок 3).

    Рисунок 3 . Стимуляция TLR активирует несколько сигнальных путей.За исключением TLR3, активация TLR приводит к рекрутированию Myd88 для активации Myd88-зависимого канонического пути. Myd88 активирует TRAF6 с образованием белкового комплекса, способного фосфорилировать комплекс IKK, что приводит к активации NF-κB. Параллельно Myd88-зависимый путь приводит к активации MAPK и AP-1. Myd88-зависимый путь приводит к повышенной экспрессии провоспалительных цитокинов. Myd88-независимый, неканонический путь может быть активирован TLR4, TLR3 и TLR5, вызывая рекрутирование TRIF.В отличие от TLR3 и TLR5, которые рекрутируют TRIF непосредственно в свой домен TIR, TLR4 использует TRAM как адаптерный белок. TRIF активирует IRF3, который перемещается в ядро, чтобы запустить экспрессию интерферона.

    При связывании агонистов отличительным признаком активации TLR является продукция цитокинов, включая интерфероны. Активация пути Myd88 приводит в основном к продукции провоспалительных цитокинов, в то время как включение TRIF запускает продукцию интерферона (60). Поскольку известно, что как провоспалительные цитокины, так и интерфероны влияют на метаболизм костей (16, 61), активация TLR может косвенно влиять на функцию остеокластов.

    Активация TLR в остеокластах, друг или враг?

    С момента новаторского наблюдения, показывающего, что ЛПС из Bacteroides melaninogenicus (в те времена называемый эндотоксином), присутствующий в биопленке в зубных карманах, а также ЛПС из Escherichia coli и Salmonella typhii , могут стимулировать образование остеокластов, высвобождение минералов, и деградация костного матрикса в культивируемых органах длинных костях плода крысы (14), несколько групп показали, что ЛПС различных видов бактерий может стимулировать резорбцию кости ex vivo (62–64) и in vivo (65– 67).После открытия TLR было обнаружено, что LPS из нескольких бактерий стимулирует образование остеокластов и резорбцию кости in vivo посредством активации TLR4 (68, 69), тогда как LPS P. gingivalis использует TLR2 для индукции остеокластогенеза (70, 71). Однако в этих экспериментальных системах невозможно определить, увеличивает ли ЛПС остеокластогенез, воздействуя на клетки-предшественники остеокластов, или если поддерживающие остеокласты клетки опосредуют этот эффект. Тот факт, что макрофаги костного мозга мыши экспрессируют TLR (TLR1-TLR9) (72), и что как TLR, так и RANK рекрутируют TRAF6 в цитоплазматический хвост рецепторов и активируют NF-κB, предполагает, что агонисты TLR могут, подобно RANKL, стимулировать остеокластогенез за счет TLR, присутствующих в клетках-предшественниках остеокластов.Однако с использованием очищенных макрофагов / предшественников остеокластов костного мозга было показано, что ЛПС может как ингибировать, так и стимулировать остеокластогенез в зависимости от уровня дифференцировки предшественников (73). Другие исследования продемонстрировали, что LPS может стимулировать образование остеокластов также косвенно за счет усиления образования RANKL путем воздействия на поддерживающие остеокласты клетки (см. Ниже).

    Активация

    TLR подавляет остеокластогенез, стимулируемый RANKL

    Как упоминалось выше, макрофаги костного мозга мыши экспрессируют TLR1-TLR9, но когда эти клетки индуцируются дифференцироваться в зрелые остеокласты с помощью RANKL, все рецепторы, за исключением TLR2 и TLR4, подавляются (72).Это наблюдение показывает, что предшественники остеокластов в костном мозге могут реагировать на различные агонисты TLR. Однако, несмотря на то, что агонист TLR2 P. gingivalis активирует ERK1 / 2, p38, JNK и NF-κB в макрофагах костного мозга мыши, аналогично RANKL, обработка макрофагов M-CSF и P. gingivalis не приводит к образованию остеокластов (74). Аналогичное наблюдение было сделано при добавлении либо E. coli, LPS, либо CpG-ODN к макрофагам, стимулированным M-CSF, для активации TLR4 и TLR9 соответственно (75, 76).Интересно, что активация TLR9 индуцировала образование мононуклеарных клеток TRAP + , но не образовывались зрелые остеокласты. В отличие от RANKL, активация TLR2 с помощью стимуляции P. gingivalis не индуцировала активацию c-Fos или Nfatc1. Учитывая решающую роль этих факторов транскрипции в образовании остеокластов, о чем свидетельствует отсутствие остеокластов и остеопетротический скелет, наблюдаемый у мышей с генетической делецией Fos (77) или Nfatc1 (78), очевидно, что это различие в передаче сигналов нижестоящим RANK и TLR2 является причиной того, что активация TLR2 не индуцирует остеокластогенез.В отличие от этих наблюдений, недавно сообщалось, что синтетический агонист TLR7 имиквимод стимулировал образование остеокластов в обработанных M-CSF человеческих моноцитах CD14 + , культивируемых в течение 21 дня, эффект, связанный с повышенной экспрессией Nfatc1 (79).

    Неожиданно активация TLR в макрофагах костного мозга, одновременно стимулированная RANKL, отменяет образование остеокластов (рис. 4A). Таким образом, добавление любого пептидогликана из S. aureus, S.aureus , липотейхоевая кислота из S. aureus, P. gingivalis или P. gingivalis LPS, которые все активируют TLR2, или добавление синтетического агониста TLR2 Pam2CSK 4 (Pam2) к RANKL-стимулированному макрофаги, полностью блокирует образование остеокластов (72, 74, 80–83). Также добавление поли (I: c) dsRNA, активирующего TLR3, E. coli, LPS, активирующего TLR4, или CpG-мотива неметилированной ДНК (Cpg-ODN), активирующего TLR9, блокирует RANKL-индуцированный остеокластогенез в обработанном M-CSF костном мозге мыши. культуры макрофагов (72, 75, 76, 84).Макрофаги, стимулированные M-CSF / RANKL, теряют свою способность фагоцитировать зимозан, но при совместной обработке с агонистами TLR клетки все еще могут фагоцитировать эти частицы, демонстрируя, что они задерживаются на стадии макрофагов (72). Активация этих четырех TLR также ингибирует образование остеокластов в культурах клеток моноцитов периферической крови человека, стимулированных RANKL (72). В соответствии с этими выводами, активация TLR2 с помощью Pam 3 CSK 4 (Pam3) или TLR4 с помощью E. coli LPS, ингибирует образование остеокластов с использованием человеческих моноцитов CD14 + в качестве клеток-предшественников, эффект, связанный с снижение экспрессии RANK и TREM (84).Индуцированное TLR2 ингибирование зависит от MyD88, но не от передачи сигналов TRIF (74). В отличие от активации TLR2, TLR3, TLR4 и TLR9, активация TLR5 с использованием флагеллина из двух разных бактерий не ингибирует RANKL-индуцированное образование остеокластов в макрофагах мыши, экспрессирующих мРНК и белок TLR5 (85).

    Рисунок 4 . Активация TLR на разных этапах дифференцировки остеокластов приводит к разным результатам. (A) Когда агонисты TLR добавляются на ранних стадиях дифференцировки остеокластов, одновременно с RANKL, остеокластогенез останавливается. (B) Предшественники коммитированных остеокластов, примированные RANKL, способны дифференцироваться в зрелые функциональные остеокласты при заражении агонистами TLR в отсутствие RANKL.

    Поскольку клетки-предшественники остеокластов могут быть заражены несколькими агонистами, активирующими разные TLR во время инфекционных заболеваний, взаимодействия между различными агонистами TLR были оценены. Таким образом, синергические ингибирующие эффекты на образование остеокластов наблюдались, когда макрофаги мыши обрабатывались TLR3 вместе с TLR4 или TLR4 вместе с TLR9 (86).Эти синергические ингибирования частично объяснялись снижением экспрессии белка рецептора M-CSF.

    RANKL-индуцированные сигнальные пути затрагиваются активацией TLR

    Подобно RANKL, пептидогликан из S. aureus , поли (I: c) dsRNA, E. coli, LPS и Cpg-ODN активируют NF-κB в макрофагах мыши (72), наблюдение также выполнено на макрофагах, стимулированных с помощью P. gingivalis (74). Также подобно RANKL, эта бактерия активирует ERK1 / 2, p38 и JNK как при добавлении отдельно, так и при добавлении вместе с RANKL (74), что указывает на то, что ингибирование остеокластогенеза с помощью TLR2 не связано со снижением фосфорилирования MAPK.Аналогично, P. gingivalis не влиял на RANKL-индуцированную активацию NF-κB (74). Стимуляция TLR4 с помощью E. coli LPS также не влияет на RANKL-индуцированную активацию NF-κB, ERK1 / 2 или p38 (76). Однако важно отметить, что активация TLR2 с помощью P. gingivalis или TLR4 с помощью E. coli LPS ингибирует RANKL-индуцированную активацию Nfatc1, что объясняет, почему эти TLR блокируют остеокластогенез (74, 76). Активация TLR2 также ингибировала индукцию c-Fos с помощью RANKL, что является дополнительным механизмом, с помощью которого снижается образование остеокластов.Поскольку c-Fos является фактором транскрипции выше Nfatc1 (87), вполне вероятно, что регуляция c-Fos является причиной снижения Nfatc1. Также активация TLR9 ингибирует RANKL-индуцированный c-Fos по механизму, обусловленному повышенной деградацией как мРНК c-Fos, так и белка (88). Это может быть связано с тем, что активация ERK1 / 2 с помощью CpG-ODN является временной, тогда как RANKL вызывает устойчивую активацию ERK1 / 2, различие, которое объясняется обнаружением того факта, что CpG-ODN, но не RANKL, индуцирует экспрессию фосфатазы PP2A (88).

    Сывороточный амилоид А представляет собой циркулирующий связанный с опасностью белок печени, который активируется воспалительными процессами и связывается с TLR2 (89). Этот белок также ингибирует стимулированное RANKL образование остеокластов в культурах макрофагов костного мозга (BMM) мышей (90). Ингибирование связано со снижением экспрессии RANKL-индуцированной экспрессии мРНК Fos и Nfatc1 , повышенной экспрессией факторов транскрипции макрофагов Mafb и Irf8 , а также со сниженной экспрессией белка c-Fms на поверхности. клеток-предшественников из-за усиленного отщепления эктодоменов.

    Цитокины, участвующие в индуцированном TLR ингибировании остеокластогенеза

    В соответствии с тем фактом, что повышенное образование воспалительных цитокинов является хорошо известным, Myd88-зависимым явлением в макрофагах, стимулированных агонистом TLR, наблюдалась активация BMM пептидогликаном, поли (I: c) dsRNA, ЛПС E. coli , CpG-ODN приводит к увеличению экспрессии TNF-α (72, 75). Экспрессия Tnfsf2 (кодирующего TNF-α), а также экспрессия мРНК Il6 и Il12p40 повышается после стимуляции P.gingivalis , тогда как RANKL не влияет на экспрессию любого из этих цитокинов (74). Экспрессия мРНК Il12p40 и белка IL-12 также повышается за счет CpG-ODN (91). Поскольку нейтрализация IL-12 частично устраняет ингибирующий эффект CpG-ODN на образование остеокластов, и поскольку IL-12 является ингибитором дифференцировки остеокластов (92), кажется, что индукция антиостеокластогенных цитокинов с помощью TLR9 может частично объяснять ингибирующий эффект. на остеокластогенез.

    Не только воспалительные цитокины индуцируются передачей сигналов TLR, но также индуцируются интерфероны I типа посредством TRIF-опосредованного пути (рис. 3).Поскольку IFN-β является регулятором отрицательной обратной связи для индуцированного RANKL образования остеокластов из-за снижения экспрессии белка c-Fos (93), существует возможность, что IFN-β может быть важным для снижения образования остеокластов, вызванного активацией TLR2 и TLR4. Наблюдения, показывающие, что индуцированное TLR2 и TLR4 ингибирование экспрессии RANK и образования остеокластов человека не зависит от IFN-β (84) и что индуцированное TLR2 ингибирование остеокластогенеза человека зависит от Myd88, но не от TRIF, свидетельствуют о том, что IFN-β не участвует в снижении образования остеокластов, вызванном активацией TLR2 или TLR4.Однако совсем недавно сообщалось, что гаптоглобин снижает образование остеокластов in vivo, и in vitro, за счет активации TLR4 и индукции IFN-β (94). Таким образом, мыши с дефицитом гаптоглобина имеют низкую массу губчатой ​​кости и повышенное количество остеокластов, не влияя на количество остеобластов. Локальная обработка мышей гаптоглобином приводит к снижению образования остеокластов у мышей, совместно стимулированных инъекциями RANKL. В культурах мышиного BMM гаптоглобин снижает образование остеокластов по механизму, зависящему от TLR4, но не от TLR2 или TLR7, и связан с повышенной экспрессией мРНК и белка IFN-β.Ингибирующий эффект снимали антитела, нейтрализующие IFN-β. Подобно предыдущим открытиям (93) увеличение IFN-β и снижение образования остеокластов было связано с неизмененной экспрессией мРНК Fos , но со снижением экспрессии белка c-Fos. Однако было удивительно, что гаптоглобин не индуцирует фосфорилирование IRF-3, который является хорошо известным индуктором IFN-β в пути TRIF, активируемом TLR (рис. 3). Следовательно, остается понять, почему TLR и гаптоглобин индуцируют IFN-β посредством, по-видимому, различных механизмов в клетках-предшественниках остеокластов.Также остается понять, почему индуцированное TLR ингибирование дифференцировки остеокластов в предшественниках остеокластов человека не зависит от IFN-β, тогда как активация TLR4 гаптоглобином в предшественниках остеокластов мыши является зависимой.

    рецепторов IL-1, подобных TLR, имеют цитозольный домен TIR, а также разделяют несколько общих нижестоящих сигнальных путей. Поэтому было исследовано, как активация рецепторов IL-1 влияет на образование остеокластов, индуцированное RANKL. Lee et al., Используя человеческие моноциты CD14 + , обнаружили, что IL-1β также ингибирует RANKL-стимулированное образование остеокластов, когда клетки совместно стимулировались двумя цитокинами (95).Напротив, Chen et al., Используя макрофаги костного мозга мыши, обнаружили, что IL-1α, в отличие от LPS P. gingivalis , усиливает образование остеокластов, индуцированное RANKL (81). Стимуляция, индуцированная IL-1α, наблюдалась как при стимулирующих, так и при разрешающих концентрациях RANKL. И ингибирующий эффект со стороны P. gingivalis LPS, и стимулирующий эффект со стороны IL-1α зависели от Myd88. Разнообразные ответы объяснялись наблюдением, что LPS подавлял RANKL-индуцированную экспрессию Blimp1 , репрессора транскрипции антиостеокластогенных факторов транскрипции IRF8 и MafB, тогда как IL-1α усиливал RANKL-индуцированную экспрессию Blimp1 .

    Сравнение эффектов TLR на образование остеокластов

    in vitro и in vivo

    Ингибирующий эффект активации TLR на образование остеокластов не объясняет, почему инфекции, вызванные E. coli , S. aureus или P. gingivalis , приводят к увеличению образования остеокластов и резорбции кости (96). Однако было высказано предположение, что ингибирование образования остеокластов с помощью TLR может быть частью гомеостатического механизма, ограничивающего резорбцию кости во время инфекции и воспаления (84).Также возможно, что ингибирующий эффект является механизмом увеличения количества макрофагов, участвующих в защите от бактериальных инфекций.

    Ингибирование остеокластогенеза агонистами TLR, по-видимому, специфично для незафиксированных очищенных макрофагов костного мозга мыши и моноцитов периферической крови человека, поскольку P. gingivalis LPS, S. aureus и Pam2 не ингибируют резорбцию кости в RANKL- стимулированные кости свода черепа мыши ex vivo (82, 83).Эти агонисты также не ингибируют образование остеокластов в RANKL-стимулированных культурах клеток надкостницы свода черепа, содержащих предшественники остеокластов. Это может представлять особый интерес, поскольку образование зрелых остеокластов происходит только на поверхности кости, а не в костном мозге. Причина, по которой предшественники остеокластов в надкостнице не ингибируются агонистами TLR, не известна, но может быть связана с тем, что эти клетки не экспрессируют TLR, или что эти клетки являются предшественниками предшественников остеокластов, или что окружающие неостеокластические клетки создают остеокласты. предшественники нечувствительны к индуцированному TLR ингибированию.

    Активация TLR вызывает остеокластогенез в клетках, примированных RANKL

    В отличие от ингибирования некоммитированных предшественников остеокластов в костном мозге или периферической крови, активация TLR в RANKL-коммитированных предшественниках остеокластов из костного мозга приводит к стимуляции остеокластогенеза (рис. 4B). Zou et al. были первыми, кто показал, что макрофаги костного мозга мыши, примированные M-CSF / RANKL, а затем обработанные E. coli, LPS и M-CSF, в отсутствие RANKL, дифференцируются в зрелые остеокласты (97).В этих условиях LPS индуцировал экспрессию IL-1β и TNF-α, а добавление антител, нейтрализующих TNF-α, ингибировало стимуляцию остеокластов LPS, что согласуется с предыдущими исследованиями, показавшими, что стимулирующий эффект LPS in vivo на числа клеток-предшественников остеокластов в костном мозге подавляется у мышей, дефицитных по рецептору TNF p55 (67). Напротив, ингибирование IL-1β антагонистом рецептора IL-1 не влияло на LPS-индуцированную стимуляцию образования остеокластов в RANKL-примированных клетках.Эффект связывания с помощью RANKL является длительным, и E. coli LPS способен индуцировать остеокластогенез через несколько дней после прайминга (76). В этих условиях LPS не снижает экспрессию Nfatc1, в отличие от ингибирования, наблюдаемого при добавлении LPS вместе с RANKL к незавершенным клеткам. Также добавление P. gingivalis к RANKL-примированным клеткам приводит к образованию остеокластов (74). Подобную индукцию образования остеокластов получают при добавлении других агонистов TLR2, таких как инактивированный формальдегидом S.aureus , Pam2 и Pam3 (83, 98). В отличие от этого, Kassem et al. обнаружили, что УФ-свет, инактивированный LPS S. aureus, P. gingivalis и убитый нагреванием Listeria monocytogenes , вызывает увеличение количества мононуклеарных клеток TRAP + в культурах макрофагов костного мозга, примированных RANKL. Эти клетки экспрессировали повышенные уровни мРНК Acp5 (кодирует TRAP), Ctsk (кодирует катепсин K), c-Fos и Nfatc1 , но не образовывали многоядерные остеокласты.Напротив, Pam2 и Pam3 сильно стимулировали образование многоядерных остеокластов. Активация TLR9 с помощью CpG-ODN в RANKL-примированных клетках также приводит к образованию многоядерных остеокластов и, как и активация TLR4, активация CpG-ODN зависит от TNF-α (75). Также наблюдалась синергическая стимуляция остеокластогенеза в клетках, примированных RANKL, путем совместной обработки либо агонистами TLR3 / TLR9, либо агонистами TLR4 / TLR9 (86).

    Поскольку TLR2 и TLR4 не подвергаются подавлению во время остеокластогенеза (72), роль этих рецепторов в зрелых остеокластах была оценена.Три исследования продемонстрировали, что активация TLR2 пептидогликаном из S. aureus или TLR4 с помощью ЛПС E. coli увеличивает выживаемость зрелых остеокластов (72, 76, 99), что не наблюдается при добавлении активирующих агонистов. TLR3 или TLR9.

    Очевидно, что TLR оказывают двойное действие на остеокластогенез в зависимости от статуса дифференцировки остеокластов или их предшественников. Точные молекулярные механизмы, заставляющие предшественники остеокластов отвечать на агонисты TLR с усиленной дифференцировкой по остеокластическому клону, при условии, что клетки были примированы RANKL, а затем подвергнуты воздействию агонистов TLR в отсутствие RANKL, еще предстоит показать.Другой важный вопрос заключается в том, происходит ли двойное действие in vivo . В нескольких экспериментальных системах хорошо задокументировано, что LPS индуцирует образование остеокластов и потерю костной массы in vivo , что означает, что общий эффект заключается в стимуляции остеокластогенеза.

    Непрямая активация остеокластогенеза TLR

    Один из механизмов, с помощью которого активация TLR вызывает образование остеокластов in vivo , может происходить через описанный выше механизм, когда агонисты TLR непосредственно усиливают остеокластогенез в коммитированных остеокластах.Другой механизм может быть связан с повышенной экспрессией цитокинов, стимулирующих остеокласты (16). Эти цитокины косвенно индуцируют образование остеокластов, увеличивая экспрессию продукции RANKL в остеобластах / остеоцитах (рис. 5, левая часть). Также существует возможность, что агонисты TLR усиливают дифференцировку остеокластов косвенно, регулируя продукцию RANKL и OPG в остеобластах (рис. 5, правая часть). Тот факт, что остеобласты экспрессируют TLR2, TLR4, TLR5, TLR6 и TLR9, дополнительно подтверждает такую ​​возможность (82, 85, 100, 101).

    Рисунок 5 . Остеокластогенез может быть косвенно индуцирован агонистами TLR Агонисты TLR индуцируют экспрессию провоспалительных, про-остеокластогенных цитокинов, таких как IL-1β, IL-6 и TNF-α макрофагами, которые будут связываться с рецепторами цитокинов, экспрессируемыми в остеобластах, вызывая индукцию RANKL. выражение. Альтернативно, агонисты TLR связываются с TLR, экспрессируемыми остеобластами, чтобы индуцировать экспрессию RANKL. В обоих случаях RANKL будет вызывать дифференцировку предшественников остеокластов в зрелые остеокласты.

    Стимуляция TLR4 с помощью LPS из E. coli или Actinobacillus actinomycetemcomitans увеличивает экспрессию мРНК Tnfsf11 в остеобластах свода черепа мышей, линии остеобластных клеток MC-3T3E1 и линии стромальных клеток ST-2 (100). Этот эффект не зависел от TNF-α. В отличие от активации TLR4, активация TLR9 с помощью CpG-ODN не индуцирует мРНК Tnfsf11 в остеобластах, хотя и LPS E.coli , и CpG-ODN стимулировали экспрессию TNF-α и активировали NF-κB, ERK1. / 2 и стр.38 (101).Используя совместные культуры остеобластов и макрофагов костного мозга от мышей дикого типа и мышей с дефицитом Tlr4 или Tlr9 , было показано, что и LPS, и CpG-ODN стимулируют дифференцировку остеокластов, но эффект CpG-ODN в большей степени зависит от рецепторов TLR9 в макрофагах, чем в остеобластах (102). Напротив, эффект LPS зависел от TLR4 в остеобластах.

    Активация TLR2 в остеобластах свода черепа мыши различными агонистами ( P.gingivalis LPS, S. aureus , Pam2, Pam3, убитый нагреванием Listeria monocytogenes и липопротеин из Mycoplasma salivarium ) увеличивает экспрессию мРНК Tnfsf11 в зависимости от Myd88, но независимо от IL-1β, IL- 6 или TNF-α, не влияя на экспрессию мРНК Tnfrsf11b (кодирующего OPG) (82, 83). Агонисты активировали NF-κB, и эффект на экспрессию Tnfsf11 мог быть ингибирован целастролом, ингибитором киназы IκB.Аналогичная стимуляция мРНК Tnfsf11 и белка RANKL, не влияющая на мРНК Tnfrsf11b и белок OPG, наблюдалась в костях свода черепа мыши ex vivo , стимулированных LPS P. gingivalis, LPS, S. aureus и Pam2. , что привело к усилению образования остеокластов и резорбции костей в костях свода черепа, независимо от IL-1β, IL-6 и TNF-α (82, 83). Обработка мышей in vivo LPS или Pam2 P. gingivalis также приводила к увеличению экспрессии мРНК Tnfsf11 , отсутствию эффекта на мРНК Tnfrsf11b , усилению образования остеокластов и потере костной массы, эффектов, которые отсутствовали в Tlr2 — / — мышей (82).Повышенная экспрессия мРНК Tnfsf11 и растворимого белка RANKL также наблюдалась в синовиальных фибробластах пациентов с ревматоидным артритом (79).

    Дополнительное подтверждение TLR-зависимого непрямого механизма, стимулирующего образование остеокластов, получено из экспериментов, показывающих, что LPS, стимулирующий TLR4, и диациллипопептид, стимулирующий TLR2, усиливают образование остеокластов в сокультурах остеобластов мыши и макрофагов костного мозга (103). Эффект как на ЛПС, так и на диациллипопептид, но не на образование остеокластов, индуцированный 1,25 (OH) 2 -витамином D3, зависел от Myd88, но не от TRIF, и ассоциировался с повышенной экспрессией мРНК Tnfsf11 , что в наибольшей степени вероятно, это была причина стимулирующего эффекта на образование остеокластов, хотя формально не показано.

    Активация TLR5 в остеобластах свода черепа мыши флагеллином из двух разных бактерий также приводит к увеличению экспрессии мРНК Tnfsf11 , но, в отличие от активации TLR2, флагеллин снижает мРНК Tnfrsf11b в остеобластах (85). Стимуляция мРНК Tnfsf11 флагеллином зависела от Myd88, но не зависела от IL-1β, IL-6 и TNF-α. Подобно активации TLR2, флагеллин активировал NF-κB, а стимуляция мРНК Tnfsf11 ингибировалась двумя различными ингибиторами киназы IκB.Повышение мРНК Tnfsf11 и белка RANKL и снижение мРНК Tnfrsf11b и белка OPG также наблюдалось в костей свода черепа мыши ex vivo , а обработка флагеллином увеличивала образование остеокластов и резорбцию кости в своде черепа. Аналогичное увеличение мРНК Tnfsf11 и уменьшение мРНК Opg можно наблюдать у мышей, получавших флагеллин, вызывая повышенное образование остеокластов и обширную потерю костной массы у дикого типа, но не у мышей Tlr5 — / — (85 ).

    Другой косвенный механизм, с помощью которого TLR могут стимулировать остеокластогенез, — это индуцированная TLR2 активация хемокина CXCL10 (104). Стимуляция остеобластов свода черепа мыши с помощью Pam3 приводит к увеличению экспрессии мРНК Cxcl10 и белка CXCL10. Когда супернатанты от Pam3-стимулированных остеобластов добавляли к RANKL-стимулированным культурам клеточной линии RAW264.7, было обнаружено, что супернатанты усиливали остеокластогенный эффект RANKL по механизму, который мог быть ингибирован антителами, нейтрализующими CXCL10.

    Заключение

    В целом, наблюдения за предшественниками остеокластов и остеобластами, а также находки на культурах органов и in vivo демонстрируют, что TLR могут увеличивать образование остеокластов и резорбцию кости с помощью нескольких механизмов. В клеточных культурах TLR также могут останавливать дифференцировку остеокластов при воздействии на некоммитированные клетки-предшественники, препятствуя передаче сигналов, индуцированной RANKL. Важность TLR в остеобластах и ​​предшественниках остеокластов in vivo должна подождать исследований с использованием мышей с клеточно-специфическими делециями различных TLR в этих костных клетках.

    Взносы авторов

    PS и UL написали рукопись и одобрили ее к публикации.

    Заявление о конфликте интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Благодарности

    Исследования, выполненные в лаборатории автора, поддержаны Шведским исследовательским советом, Шведским фондом стратегических исследований, COMBINE, исследовательским грантом ALF / LUA в Гетеборге, Фондом Лундберга, Фондом Торстена и Рагнара Седербергов, Шведской ассоциацией ревматизма. , Королевский 80-летний фонд короля Густава V; Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Программа «Наука без границ» (грант № 080/2012) и Фонд исследований Сан-Паулу (FAPESP) (грант № 2014 / 05283-3).

    Дополнительные материалы

    Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2019.01663/full#supplementary-material

    Список литературы

    1. Отправитель R, Fuchs S, Milo R. Неужели нас действительно намного меньше? Возвращаясь к соотношению бактериальных клеток и клеток-хозяев у людей. Cell. (2016) 164: 337–40. DOI: 10.1016 / j.cell.2016.01.013

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    4.Шегрен К., Энгдал С., Хеннинг П., Лернер У. Х., Тремароли В., Лагерквист М. К. и др. Микробиота кишечника регулирует костную массу у мышей. J Bone Miner Res. (2012) 27: 1357–67. DOI: 10.1002 / jbmr.1588

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    7. Ли Дж. Й., Чассайн Б., Тьяги А. М., Ваккаро С., Луо Т., Адамс Дж. И др. Потеря костной массы, связанная с дефицитом половых стероидов, зависит от микробиоты и предотвращается пробиотиками. J Clin Invest. (2016) 126: 2049–63.DOI: 10.1172 / JCI86062

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    8. Nilsson AG, Sundh D, Backhed F, Lorentzon M. Lactobacillus reuteri снижает потерю костной массы у пожилых женщин с низкой минеральной плотностью костной ткани: рандомизированное плацебо-контролируемое двойное слепое клиническое исследование. J Intern Med. (2018) 284: 307–17. DOI: 10.1111 / joim.12805

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    9. Эке П.И., Вей Л., Боргнакке В.С., Торнтон-Эванс Дж., Чжан Х, Лу Х. и др.Распространенность пародонтита у взрослых ≥ 65 лет в США. Периодонтол 2000. (2016). 72: 76–95. DOI: 10.1111 / prd.12145

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    10. Патнэм Н. Э., Фулбрайт Л. Е., Карри Дж. М., Форд Калифорния, Петронгло Дж. Р., Хендрикс А.С. и др. Передача сигналов MyD88 и IL-1R стимулирует антибактериальный иммунитет и вызванную остеокластами потерю костной массы во время остеомиелита Staphylococcus aureus . ПЛоС Патог . (2019) 15: e1007744. DOI: 10.1371 / journal.ppat.1007744

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    11. Вердренг М., Карлстен Х., Олссон С., Тарковски А. Добавление бисфосфоната к антибиотикам и противовоспалительному лечению снижает резорбцию кости при экспериментальном артрите, вызванном Staphylococcus aureus . J Orthop Res. (2007) 25: 304–10. DOI: 10.1002 / jor.20317

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    12. Вердренг М., Бокарева М., Олссон К., Столина М., Тарковски А.Таргетная терапия RANKL подавляет резорбцию кости при экспериментальном артрите, вызванном Staphylococcus aureus . Кость. (2010) 46: 752–8. DOI: 10.1016 / j.bone.2009.10.028

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    15. Хортон Дж. Э., Райс Л. Г., Симмонс Н. А., Оппенгейм Дж. Дж., Мергенхаген С. Е.. Резорбирующая активность костей в супернатанте культивированных лейкоцитов периферической крови человека. Наука. (1972) 177: 793–5. DOI: 10.1126 / science.177.4051.793

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    17. Хашимото К., Хадсон К.Л., Андерсон К.В. Ген toll Drosophila, необходимый для дорсально-вентральной эмбриональной полярности, по-видимому, кодирует трансмембранный белок. Cell. (1988) 52: 269–79. DOI: 10.1016 / 0092-8674 (88)

  • -8

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    18. Леметр Б., Николя Э., Мишо Л., Райххарт Дж. М., Хоффманн Дж. Кассета дорсовентральных регуляторных генов spatzle / Toll / cactus контролирует мощный противогрибковый ответ у взрослых особей дрозофилы. Cell. (1996) 86: 973–83. DOI: 10.1016 / S0092-8674 (00) 80172-5

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    19. Меджитов Р., Престон-Херлберт П., Джейнвей CAJr. Человеческий гомолог белка Toll дрозофилы сигнализирует об активации адаптивного иммунитета. Природа. (1997) 388: 394–7. DOI: 10.1038 / 41131

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    20. Полторак А., Хе Х, Смирнова И., Лю М.Ю., Ван Хаффель С., Ду Х и др.Нарушение передачи сигналов LPS у мышей C3H / HeJ и C57BL / 10ScCr: мутации в гене Tlr4. Наука. (1998) 282: 2085–8. DOI: 10.1126 / science.282.5396.2085

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    21. Хаяси С., Ямада Т., Цунето М., Ямане Т., Такахаши М., Шульц Л.Д. и др. Определенные предшественники остеокластов в костном мозге и экстрамедуллярных органах, характеризующиеся реактивностью на лиганды Toll-подобных рецепторов и TNF-альфа. J Immunol. (2003) 171: 5130–9.DOI: 10.4049 / jimmunol.171.10.5130

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    22. Лю Ю.С., Лернер У.Х., Дэн Ю.Т. Цитокиновые реакции на пародонтальную инфекцию: защитные и деструктивные роли. Periodontol 2000. (2010) 52: 163–206. DOI: 10.1111 / j.1600-0757.2009.00321.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    23. Удагава Н., Такахаши Н., Акацу Т., Танака Х., Сасаки Т., Нишихара Т. и др. Происхождение остеокластов: зрелые моноциты и макрофаги способны дифференцироваться в остеокласты в подходящем микроокружении, созданном стромальными клетками костного мозга. Proc Natl Acad Sci USA. (1990) 87: 7260–4. DOI: 10.1073 / pnas.87.18.7260

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    24. Йошида Х., Хаяси С., Кунисада Т., Огава М., Нисикава С., Окамура Х. и др. Остеопетроз с мутацией мышей находится в кодирующей области гена фактора, стимулирующего колонии макрофагов. Природа. (1990) 345: 442–4. DOI: 10.1038 / 345442a0

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    25.Дай Х.М., Райан Г.Р., Хапель А.Дж., Домингес М.Г., Рассел Р.Г., Капп С. и др. Целенаправленное нарушение гена рецептора колониестимулирующего фактора 1 мыши приводит к остеопетрозу, дефициту мононуклеарных фагоцитов, увеличению частоты примитивных клеток-предшественников и репродуктивным дефектам. Кровь. (2002) 99: 111–20. DOI: 10.1182 / blood.V99.1.111

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    27. Dougall WC, Glaccum M, Charrier K, Rohrbach K, Brasel K, De Smedt T, et al.RANK важен для развития остеокластов и лимфатических узлов. Genes Dev. (1999) 13: 2412–24. DOI: 10.1101 / gad.13.18.2412

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    28. Тилль Л. Е., Бойл В. Дж., Пеннингер Дж. М.. RANK-L и RANK: Т-клетки, потеря костной массы и эволюция млекопитающих. Annu Rev Immunol. (2002) 20: 795–823. DOI: 10.1146 / annurev.immunol.20.100301.064753

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    29.Накагава Н., Киносаки М., Ямагути К., Шима Н., Ясуда Н., Яно К. и др. RANK является важным сигнальным рецептором для фактора дифференцировки остеокластов в остеокластогенезе. Biochem Biophys Res Commun. (1998) 253: 395–400. DOI: 10.1006 / bbrc.1998.9788

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    30. Берджесс Т.Л., Цянь Й., Кауфман С., Ринг Б.Д., Ван Дж., Каппарелли С. и др. Лиганд остеопротегерина (OPGL) непосредственно активирует зрелые остеокласты. J Cell Biol. (1999) 145: 527–38. DOI: 10.1083 / jcb.145.3.527

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    31. Сюй Х., Лейси Д.Л., Данстан ЧР, Соловьев И., Коломберо А., Тиммс Э. и др. Член семейства рецепторов фактора некроза опухолей RANK опосредует дифференцировку и активацию остеокластов, индуцированную остеопротегериновым лигандом. Proc Natl Acad Sci USA. (1999) 96: 3540–5. DOI: 10.1073 / pnas.96.7.3540

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    32.Bucay N, Sarosi I., Dunstan CR, Morony S, Tarpley J, Capparelli C и др. У мышей с дефицитом остеопротегерина развивается остеопороз и кальцификация артерий. Genes Dev. (1998) 12: 1260–8. DOI: 10.1101 / gad.12.9.1260

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    33. Ясуда Х., Шима Н., Накагава Н., Мотидзуки С.И., Яно К., Фудзисе Н. и др. Идентичность фактора ингибирования остеокластогенеза (OCIF) и остеопротегерина (OPG): механизм, с помощью которого OPG / OCIF ингибирует остеокластогенез in vitro . Эндокринология. (1998) 139: 1329–37. DOI: 10.1210 / endo.139.3.5837

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    34. Кога Т., Инуи М., Иноуэ К., Ким С., Суэмацу А., Кобаяши Е. и др. Костимулирующие сигналы, опосредованные мотивом ITAM, взаимодействуют с RANKL для гомеостаза кости. Природа. (2004) 428: 758–63. DOI: 10.1038 / nature02444

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    35. Peng Q, Long CL, Malhotra S, Humphrey MB.Физическое взаимодействие между адапторными белками DOK3 и DAP12 необходимо для ингибирования передачи сигналов липополисахаридов в макрофагах. Sci Signal. (2013) 6: ra72. DOI: 10.1126 / scisignal.2003801

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    36. Цай X, Син Дж., Лонг CL, Пэн К., Хамфри МБ. DOK3 модулирует ремоделирование кости, отрицательно регулируя остеокластогенез и положительно регулируя остеобластогенез. J Bone Miner Res. (2017) 32: 2207–18.DOI: 10.1002 / jbmr.3205

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    40. Белл Дж. К., Маллен Г. Е., Лейфер Калифорния, Маццони А., Дэвис Д. Р., Сегал Д. М.. Богатые лейцином повторы и распознавание патогенов в Toll-подобных рецепторах. Trends Immunol. (2003) 24: 528–33. DOI: 10.1016 / S1471-4906 (03) 00242-4

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    41. Chow JC, Young DW, Golenbock DT, Christ WJ, Gusovsky F. Толл-подобный рецептор-4 опосредует индуцированную липополисахаридом передачу сигнала. J Biol Chem. (1999) 274: 10689–92. DOI: 10.1074 / jbc.274.16.10689

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    44. Фогль Т., Тенброк К., Людвиг С., Лейкерт Н., Эрхард С., Ван Зоелен М.А. и др. Mrp8 и Mrp14 являются эндогенными активаторами Toll-подобного рецептора 4, способствуя смертельному шоку, вызванному эндотоксинами. Nat Med. (2007) 13: 1042–9. DOI: 10,1038 / нм1638

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    45.Стюарт К.Р., Стюарт Л.М., Уилкинсон К., Ван Гилс Дж.М., Дэн Дж., Галле А. и др. Лиганды CD36 способствуют стерильному воспалению за счет сборки гетеродимеров Toll-подобных рецепторов 4 и 6. Nat Immunol. (2010) 11: 155–61. DOI: 10.1038 / ni.1836

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    48. Шредер Н.В., Морат С., Александр К., Хаманн Л., Хартунг Т., Зарингер У. и др. Липотейхоевая кислота (LTA) Streptococcus pneumoniae и Staphylococcus aureus активирует иммунные клетки через Toll-подобный рецептор (TLR) -2, липополисахарид-связывающий белок (LBP) и CD14, тогда как TLR-4 и MD-2 не действуют. вовлеченный. J Biol Chem. (2003) 278: 15587–94. DOI: 10.1074 / jbc.M212829200

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    49. Алипрантис А.О., Ян РБ, Марк М.Р., Суггетт С., Дево Б., Радольф Дж. Д. и др. Активация клеток и апоптоз бактериальными липопротеинами через toll-подобный рецептор-2. Наука. (1999) 285: 736–9. DOI: 10.1126 / science.285.5428.736

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    50. Лиен Э., Селлати Т.Дж., Йошимура А., Фло Т.Х., Равади Дж., Финберг Р.В. и др.Toll-подобный рецептор 2 функционирует как рецептор распознавания образов для различных бактериальных продуктов. J Biol Chem. (1999) 274: 33419–25. DOI: 10.1074 / jbc.274.47.33419

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    51. Hayashi F, Smith KD, Ozinsky A, Hawn TR, Yi EC, Goodlett DR, et al. Врожденный иммунный ответ на бактериальный флагеллин опосредуется Toll-подобным рецептором 5. Nature. (2001) 410: 1099–103. DOI: 10.1038 / 35074106

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    54.Курт-Джонс Е.А., Попова Л., Квинн Л., Хейнс Л.М., Джонс Л.П., Трипп Р.А. и др. Рецепторы распознавания образов TLR4 и CD14 опосредуют ответ на респираторно-синцитиальный вирус. Nat Immunol. (2000) 1: 398–401. DOI: 10.1038 / 80833

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    62. Иино Ю., Хоппс Р.М. Резорбирующая активность костей липополисахаридов в тканевой культуре из бактерий Actinobacillus actinomycetemcomitans, Bacteroides gingivalis и Capnocytophaga ochracea, выделенных изо рта человека. Arch Oral Biol. (1984) 29: 59–63. DOI: 10.1016 / 0003-9969 (84)

    -8

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    63. Ishihara Y, Nishihara T, Maki E, Noguchi T., Koga T. Роль интерлейкина-1 и простагландина в резорбции кости in vitro, , индуцированной липополисахаридом Actinobacillus actinomycetemcomitans. J Periodontal Res. (1991) 26: 155–60. DOI: 10.1111 / j.1600-0765.1991.tb01639.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    64.Амано С., Каваками К., Ивахаси Н., Китано С., Ханадзава С. Функциональная роль эндогенного CD14 в резорбции костей, стимулированной липополисахаридами. J. Cell Physiol. (1997) 173: 301–9.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    65. Умедзу А., Канеко Н., Тояма Ю., Ватанабе Ю., Ито Х. Внешний вид остеокластов при инъекции липополисахаридов в ткани пародонта крыс. J Periodontal Res. (1989) 24: 378–83. DOI: 10.1111 / j.1600-0765.1989.tb00886.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    66.Орсель П., Феуга М., Белакофф Дж., Де Вернежуль М.С. Местные инъекции в кости LPS и M-CSF увеличивают резорбцию кости различными путями in vivo у крыс. Am J Physiol. (1993) 264: E391–7. DOI: 10.1152 / ajpendo.1993.264.3.E391

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    67. Абу-Амер Й, Росс Ф.П., Эдвардс Дж., Тейтельбаум С.Л. Остеокластогенез, стимулированный липополисахаридами, опосредуется фактором некроза опухоли через его рецептор P55. J Clin Invest. (1997) 100: 1557–65. DOI: 10.1172 / JCI119679

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    68. Хоу Л., Сасаки Х., Сташенко П. Мыши с дефицитом толл-подобного рецептора 4 уменьшили разрушение костей после смешанной анаэробной инфекции. Infect Immun. (2000) 68: 4681–7. DOI: 10.1128 / IAI.68.8.4681-4687.2000

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    69. Накамура Х., Фукусаки Ю., Йошимура А., Сираиси С., Кисимото М., Канеко Т. и др.Отсутствие Toll-подобного рецептора 4 снижает индуцированную липополисахаридом резорбцию костей у мышей C3H / HeJ in vivo. Oral Microbiol Immunol. (2008) 23: 190–5. DOI: 10.1111 / j.1399-302X.2007.00410.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    70. Burns E, Bachrach G, Shapira L, Nussbaum G. Передний край: TLR2 необходим для врожденного ответа на Porphyromonas gingivalis : активация приводит к устойчивости бактерий, а дефицит TLR2 снижает индуцированную резорбцию альвеолярной кости. J Immunol. (2006) 177: 8296–300. DOI: 10.4049 / jimmunol.177.12.8296

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    71. Лин Дж., Би Л., Ю Икс, Каваи Т., Таубман М.А., Шен Б. и др. Porphyromonas gingivalis усиливает индуцированную лигатурой RANKL-зависимую резорбцию альвеолярной кости за счет дифференциальной регуляции Toll-подобного рецептора 2 (TLR2) и TLR4. Infect Immun. (2014) 82: 4127–34. DOI: 10.1128 / IAI.02084-14

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    74.Zhang P, Liu J, Xu Q, Harber G, Feng X, Michalek SM и др. TLR2-зависимая модуляция остеокластогенеза с помощью Porphyromonas gingivalis посредством дифференциальной индукции NFATc1 и NF-kappaB. J Biol Chem. (2011) 286: 24159–69. DOI: 10.1074 / jbc.M110.198085

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    75. Zou W, Schwartz H, Endres S, Hartmann G, Bar-Shavit Z. CpG-олигонуклеотиды: новые регуляторы дифференцировки остеокластов. FASEB J. (2002) 16: 274–82. DOI: 10.1096 / fj.01-0586com

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    76. Лю Дж, Ван С., Чжан П., Саид-Аль-Наиф Н., Михалек С.М., Фенг X. Молекулярный механизм бифункциональной роли липополисахарида в остеокластогенезе. J Biol Chem. (2009) 284: 12512–23. DOI: 10.1074 / jbc.M809789200

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    77. Grigoriadis AE, Wang ZQ, Cecchini MG, Hofstetter W., Felix R, Fleisch HA, et al.c-Fos: ключевой регулятор определения происхождения остеокластов-макрофагов и ремоделирования кости. Наука. (1994) 266: 443–8. DOI: 10.1126 / science.7939685

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    78. Асагири М., Сато К., Усами Т., Очи С., Нишина Х., Йошида Х. и др. Аутоамплификация экспрессии NFATc1 определяет его важную роль в гомеостазе кости. J Exp Med. (2005) 202: 1261–9. DOI: 10.1084 / jem.20051150

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    79.Kim KW, Kim BM, Won JY, Lee KA, Kim HR, Lee SH. Toll-подобный рецептор 7 регулирует остеокластогенез при ревматоидном артрите. J Biochem. (2019). DOI: 10.1093 / jb / mvz033. [Epub перед печатью].

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    80. Ян Дж, Рю ЙХ, Юн Ч., Хан Ш. Нарушение остеокластогенеза стафилококковой липотейхоевой кислотой через Toll-подобный рецептор 2 с частичным участием MyD88. J Leukoc Biol. (2009) 86: 823–31. DOI: 10.1189 / jlb.0309206

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    81. Chen Z, Su L, Xu Q, Katz J, Michalek SM, Fan M, et al. IL-1R / TLR2 через MyD88 дивергентно модулирует остеокластогенез посредством регуляции ядерного фактора активированных Т-клеток c1 (NFATc1) и белка-1 созревания, индуцированного В-лимфоцитами (Blimp1). J Biol Chem. (2015) 290: 30163–74. DOI: 10.1074 / jbc.M115.663518

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    82.Кассем А., Хеннинг П., Лундберг П., Соуза П.П., Линдхольм С., Лернер У. Porphyromonas gingivalis стимулирует резорбцию кости за счет усиления RANKL (активатора рецептора лиганда NF-kappaB) за счет активации толл-подобного рецептора 2 в остеобластах. J Biol Chem. (2015) 290: 20147–58. DOI: 10.1074 / jbc.M115.655787

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    83. Кассем А, Линдхольм С, Лернер У. Стимуляция остеобластов с помощью Toll-подобного рецептора 2 опосредует Staphylococcus aureus, индуцированную резорбцию кости и остеокластогенез за счет усиления RANKL. PLoS ONE. (2016) 11: e0156708. DOI: 10.1371 / journal.pone.0156708

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    84. Джи Д.Д., Пак-Мин К.Х., Шен З., Фахардо Р.Дж., Голдринг С.Р., Мчуг К.П. и др. Ингибирование экспрессии RANK и остеокластогенеза TLR и IFN-гамма в предшественниках остеокластов человека. J Immunol. (2009) 183: 7223–33. DOI: 10.4049 / jimmunol.02

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    85.Кассем А., Хеннинг П., Киндлунд Б., Линдхольм С., Лернер У. TLR5, новый медиатор индуцированного врожденным иммунитетом остеокластогенеза и потери костной массы. FASEB J. (2015) 29: 4449–60. DOI: 10.1096 / fj.15-272559

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    87. Окамото К., Накашима Т., Шинохара М., Негиси-Кога Т., Комацу Н., Терашима А. и др. Остеоиммунология: концептуальная основа, объединяющая иммунную и скелетную системы. Physiol Rev. (2017) 97: 1295–349.DOI: 10.1152 / Physrev.00036.2016

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    88. Амчеславский А., Бар-Шавит З. Лиганд толл-подобного рецептора 9 блокирует дифференцировку остеокластов за счет индукции фосфатазы. J Bone Miner Res. (2007) 22: 1301–10. DOI: 10.1359 / jbmr.070501

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    91. Амчеславский А., Бар-Шавит З. Интерлейкин (ИЛ) -12 опосредует антиостеокластогенную активность CpG-олигодезоксинуклеотидов. J. Cell Physiol. (2006) 207: 244–50. DOI: 10.1002 / jcp.20563

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    92. Хорвуд Н.Дж., Эллиотт Дж., Мартин Т.Дж., Гиллеспи М.Т. ИЛ-12 сам по себе и в синергии с ИЛ-18 ингибирует образование остеокластов in vitro . J Immunol. (2001) 166: 4915–21. DOI: 10.4049 / jimmunol.166.8.4915

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    93. Такаянаги Х., Ким С., Мацуо К., Сузуки Х., Сузуки Т., Сато К. и др.RANKL поддерживает костный гомеостаз за счет c-Fos-зависимой индукции интерферона-бета. Природа. (2002) 416: 744–9. DOI: 10.1038 / 416744a

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    94. Квон Джо, Джин В.Дж., Ким Би, Ха Х, Ким ХХ, Ли Чж. Гаптоглобин действует как лиганд TLR4, подавляя остеокластогенез через ось TLR4-IFN-бета. J Immunol. (2019) 202: 3359–69. DOI: 10.4049 / jimmunol.1800661

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    95.Ли Би, Ким Т.Х., Джун Джи Би, Ю Д.Х., Ву ДжХ, Чхве С.Дж. и др. Прямое ингибирование человеческих предшественников остеокластов RANK + указывает на гомеостатическую функцию IL-1beta. J Immunol. (2010) 185: 5926–34. DOI: 10.4049 / jimmunol.1001591

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    96. Наир С.П., Мегджи С., Уилсон М., Редди К., Уайт П., Хендерсон Б. Бактериальное разрушение кости: механизмы и заблуждения. Infect Immun. (1996) 64: 2371–80.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    98.Ким Дж., Ян Дж., Пак О. Дж., Кан СС, Ким В. С., Курокава К. и др. Липопротеины — важный бактериальный компонент, ответственный за разрушение костей за счет индукции дифференцировки и активации остеокластов. J Bone Miner Res. (2013) 28: 2381–91. DOI: 10.1002 / jbmr.1973

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    99. Ито К., Удагава Н., Кобаяси К., Суда К., Ли Х, Таками М. и др. Липополисахарид способствует выживанию остеокластов через Toll-подобный рецептор 4, но продукция цитокинов остеокластами в ответ на липополисахарид отличается от продукции макрофагов. J Immunol. (2003) 170: 3688–95. DOI: 10.4049 / jimmunol.170.7.3688

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    100. Кикучи Т., Мацугути Т., Цубои Н., Митани А., Танака С., Мацуока М. и др. Экспрессия гена фактора дифференцировки остеокластов индуцируется липополисахаридом в остеобластах мыши через Toll-подобные рецепторы. J Immunol. (2001) 166: 3574–9. DOI: 10.4049 / jimmunol.166.5.3574

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    101.Зоу В., Амчеславский А., Бар-Шавит З. CpG-олигодезоксинуклеотиды модулируют остеокластогенную активность остеобластов через Toll-подобный рецептор 9. J Biol Chem. (2003) 278: 16732–40. DOI: 10.1074 / jbc.M212473200

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    102. Амчеславский А., Хемми Х., Акира С., Бар-Шавит З. Дифференциальный вклад клеток линии остеокластов и остеобластов в модуляцию CpG-олигодезоксинуклеотида (CpG-ODN) остеокластогенеза. J Bone Miner Res. (2005) 20: 1692–9. DOI: 10.1359 / JBMR.050515

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    103. Сато Н., Такахаши Н., Суда К., Накамура М., Ямаки М., Ниномия Т. и др. MyD88, но не TRIF, необходим для остеокластогенеза, индуцированного липополисахаридом, диациллипопептидом и IL-1альфа. J Exp Med. (2004) 200: 601–11. DOI: 10.1084 / jem.20040689

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    104. Модингер Ю., Рапп А., Пазманди Дж., Викман А., Хольцманн К., Хаффнер-Люнцер М. и др.C5aR1 взаимодействует с TLR2 в остеобластах и ​​стимулирует индуцирующий остеокласт хемокин CXCL10. J Cell Mol Med. (2018) 22: 6002–14. DOI: 10.1111 / jcmm.13873

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Что такое остеокласты?

    Остеокласты — это специализированные многоядерные клетки, которые играют жизненно важную роль в развитии и регенерации костей.

    Кредит: vetpathologist / Shutterstock.com

    Скелет — важная часть тела позвоночного.Он обеспечивает поддержку органов и общую целостность всей органической системы, обеспечивая движение и другие функции здорового организма.

    Кости постоянно реконструируются в течение жизни организма из-за таких факторов, как реакция на стресс, повреждения и необходимость постоянного регулирования содержания кальция. Существуют специальные механизмы для выполнения этой функции. За синхронизированный процесс ремоделирования кости отвечают два специализированных типа клеток: остеобласты (костеобразующие клетки) и остеокласты.

    Что такое остеокласты?

    Остеокласты — это большие многоядерные клетки миелоидного происхождения, функция которых заключается в удалении минерализованных и кальцинированных компонентов костного матрикса, которые стареют или повреждены. Они имеют 2-12 ядер (обычно 5) и имеют диаметр 150-200 мкм. Они сильно положительны по кислой фосфатазе.

    У остеокласта есть две отличительные особенности: волнистая граница и зона уплотнения. Рифленая граница состоит из извитой мембраны, которая образуется в результате слияния секреторных лизосом с плазматической мембраной.Зона запечатывания содержит кольцо актиновых нитей, которое окружает взъерошенную границу, изолируя подкисленную микросреду внутри клетки от общего внеклеточного пространства.

    Остеокласты выполняют несколько функций. Они косвенно реагируют на кальций-регулирующие гормоны, такие как паратироидный гормон, и включают факторы роста, такие как IGF-1 (инсулиноподобный фактор роста-1), в костный матрикс, что влияет на связь резорбции кости с образованием кости (это также потенциально нацелено на другие клетки, такие как метастатические опухоли.Наконец, остеокласты сохраняют свойства других миелоидных клеток, включая продукцию цитокинов и регуляцию антигена. Эта способность дает остеокластам возможность влиять на иммунный ответ на несколько состояний.

    Образование и дифференциация остеокластов

    Остеокласты происходят из гемопоэтических стволовых клеток (HSC), которые содержатся в костном мозге. Это те же стволовые клетки, которые производят все другие типы клеток крови, включая эритроциты и систему мононуклеарных фагоцитов, из которых возникают остеокласты.Они образуются в присутствии макрофагального колониестимулирующего фактора и активатора рецептора лиганда NF-KB.

    Обычная миелоидная клетка-предшественник продуцируется из HSC, которая дифференцируется в предшественника гранулоцитов / макрофагов под влиянием фактора, стимулирующего колонию гранулоцитов / макрофагов.

    Хотя исследования показали, что HSCs являются предшественниками остеокластов, начальные этапы развития клонов до конца не изучены. Самый ранний предшественник , который может быть выделен и обработан in vitro , — это макрофаг костного мозга или его селезеночный аналог.Неполностью изученные сигнальные пути участвуют в образовании остеокластов и дифференцировке от других типов макрофагов.

    Функция резорбции кости

    Есть несколько факторов, запускающих процесс резорбции кости. Основным определяющим фактором является уровень кальция в организме. Когда уровень кальция в крови снижается, паращитовидная железа (расположенная на шее) инициирует секрецию паратироидного гормона (ПТГ). ПТГ ускоряет процесс резорбции, чтобы восполнить уровень кальция в крови.Другие инициирующие факторы включают такие состояния, как псориатический артрит, неиспользование, отсутствие раздражителей и пожилой возраст.

    Процесс резорбции кости начинается с поляризации остеокластов, что приводит к образованию рыхлой мембраны, прилегающей к кости. Затем остеокласт прикрепляется к поверхности кости, при этом зона уплотнения образует изолированную микросреду.

    Взъерошенная мембрана затем выделяет соляную кислоту для растворения костного материала, а деминерализованный костный матрикс разрушается ферментами катепсином К и матриксной металлопротеазой.В этом процессе вырабатываются кальций и фосфат, и они попадают в кровь.

    Чтобы регулировать этот процесс, паращитовидная железа снижает количество паратироидного гормона, когда обнаруживает, что уровень кальция в крови слишком высок, что приводит к инактивации остеокластов.

    Патологические состояния

    Ремоделирование здоровой кости предполагает прочное соединение резорбции с образованием для обеспечения правильного сохранения костной массы и качества. Когда этот процесс сцепления нарушен или функция остеокластов нарушена, может возникнуть несколько дегенеративных состояний костей.

    Сюда входят:

    • Остеопороз — это наиболее частое патологическое состояние, которое влияет на регуляцию здорового костного материала. Он характеризуется аномальным увеличением активности остеокластов. Это приводит к снижению целостности костного материала, что приводит к более частым переломам. Чаще всего это вызвано старением, но такие факторы, как гормональный дисбаланс и снижение уровня эстрогена у женщин в постменопаузе, также могут повышать активность остеокластов.
    • Болезнь Педжета — это деформирующее заболевание костей, характеризующееся увеличением количества и размера остеокластов.Это приводит к локальному разрушению кости и компенсаторной активности остеобластов. Мутации в генах, ответственных за регуляцию продукции остеокластов, являются причиной этого состояния.
    • Ревматоидный артрит — Активация патологических остеокластов на поздних стадиях заболевания приводит к болезненным и эрозивным поражениям.

    Сводка

    В здоровом организме активность остеокластов регулируется эффективным образом после того, как они продуцируются кроветворными стволовыми клетками, что происходит посредством процессов, которые до сих пор полностью не изучены.Аномальное регулирование, вызванное такими состояниями, как болезнь, старение и гормональный дисбаланс, может привести к различным дегенеративным состояниям. Понимание процесса образования и регуляции остеокластов имеет решающее значение для эффективного лечения этих состояний.

    Остеобласты и остеокласты Играть

    Источники:
    • Фенг, Х и Тейтельбаум, С.Л. (2013) Остеокласты: новые исследования костей 1 стр. 11-26. https://www.nature.com/articles/boneres20133.pdf? origin = ppub

    • Новак Д.В. и Мбалавиеле Г. (2015) Остеокласты, ключевые факторы здоровья и болезней скелета Microbiol Spectr. Vol. 4 Выпуск 3 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27337470

    • Henricksen, K et al. (2011) Активность и подтипы остеокластов в зависимости от физиологии и патологии — значение для будущего лечения остеопороза Endocr Rev. Vol. 32 Выпуск 1 стр. 31-63 https: // www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20851921

    • Рубин Дж., Гринфилд Э.М. (2005) Остеокласты: происхождение и дифференциация. В: Bronner F., Farach-Carson M.C., Rubin J. (eds) Костная резорбция. Темы биологии костей, том 2. Springer, London https://doi.org/10.1007/1-84628-016-8_1

    Дополнительная литература

    предшественников остеокластов человека | Lonza

    Обзор продукта

    Поддержание и восстановление костной ткани в первую очередь связано с двумя типами клеток: остеобластами, которые образуют новую костную ткань, и остеокластами, которые повторно поглощают костную ткань.Дефекты цикла минерализации / деградации костей способствуют возникновению ряда заболеваний, связанных с костями, таких как остеопороз. Остеокласты — это большие многоядерные клетки, которые играют активную роль в резорбции кости. Система клеток-предшественников остеокластов Poietics TM была разработана для использования в высокопроизводительных приложениях для проведения исследований остеопороза, резорбции костей и других заболеваний, связанных с костями. Моноциты костного мозга или крови служат предшественниками остеокластов. Традиционно исследователи превращают популяции очищенных моноцитов в остеокласты, однако в некоторых случаях это может привести к эффективности дифференцировки всего на 10%.Напротив, система клеток-предшественников остеокластов Lonza при дифференцировке дает до 50% превращения предшественников в остеокласты. Криоконсервированные Poietics TM Клетки-предшественники остеокластов человека (OCP) гарантированно содержат ≥1 миллион жизнеспособных клеток на ампулу и имеют положительный результат теста на активность остеокластов и окрашивают TRAP после дифференцировки. ВИЧ-1, гепатит B и гепатит C выявляются не для всех доноров и / или партий клеток. Сертификат анализа предоставляется на каждую приобретенную партию ячеек.Рекомендуемая среда: OCP TM Octeoclast Precursor BulletKit TM Medium (обеспечивает как отрицательный контроль, так и экспериментальную среду, которую можно использовать как отрицательный контроль [без добавления дополнительных добавок], так и экспериментальную среду [с добавлением исследователя, обеспечивающего дифференциацию добавки] и среду для положительного контроля, гарантированно индуцирующую дифференцировку в зрелые, функционально активные остеокласты; каждая бутылка со средой OCP TM BulletKit TM содержит достаточно среды для дифференцировки, чтобы полностью дифференцировать примерно 1.5 миллионов клеток-предшественников остеокластов [примерно 1,5 полных 96-луночных планшетов] в зрелые, функционально активные остеокласты). Среда OCP TM предлагается как среда BulletKit TM (каталожный номер PT-8001), которая включает в себя как базальную среду, так и необходимые добавки как для посева, так и для дифференциации предшественников остеокластов. Базальная среда (OCP TM Osteoclast Precur. Basal Medium; каталожный номер PT-8201) и необходимые добавки (OCP TM Osteoclast Precur.Комплект SingleQuot; каталог нет. PT-9501) также можно приобрести индивидуально. Lonza гарантирует работоспособность клеток Clonetics TM / Poietics TM только при использовании соответствующих сред и реагентов Clonetics TM / Poietics TM и соблюдении рекомендуемых протоколов хранения и использования. Любые изменения, внесенные в рекомендуемые системы ячеек, включая использование альтернативных сред, реагентов или протоколов, аннулируют гарантии производительности ячеек и сред.Если вам нужна помощь в выборе подходящей среды, реагентов или протокола, обратитесь в службу поддержки Lonza Scientific.

    Остеокласт: определение, функция и формирование — видео и стенограмма урока

    Морфология и происхождение остеокластов

    Остеокласты сильно отличаются от остеобластов как по внешнему виду, так и по происхождению. Это имеет смысл, потому что остеобласты и остеокласты действуют по-разному. Остеокласты многоядерные, , это означает, что это клетки, которые имеют более одного ядра и пенистую цитоплазму из-за большого количества лизосом и наполненных ферментами везикул.Кроме того, клеточная мембрана, ближайшая к костной ткани, взъерошена, что увеличивает площадь поверхности для секреции пищеварительных ферментов и всасывания переваренной костной ткани.

    Остеокласты происходят из тех же стволовых клеток, которые образуют клетки крови (эритроциты, различные лейкоциты, тромбоциты и т. Д.). Стволовые клетки подобны королеве муравьиной колонии; они постоянно размножаются, в то время как их «дочери» выполняют различные функции в организме.

    В вашем костном мозге гемопоэтические стволовые клетки (HSC) постоянно делятся.

    Вот пошаговый процесс, как это происходит:

    1) Когда гемопоэтическая стволовая клетка делится на две клетки, одна остается HSC.

    2) Другая клетка может стать миелоидной или лимфоидной стволовой клеткой.

    3) МСК могут стать несколькими типами клеток крови.

    4) Если образуется моноцит, он станет либо макрофагом, либо остеокластом.

    Чтобы стать остеокластом (этап 5), несколько моноцитов сливаются вместе и становятся многоядерной клеткой, которая образует взъерошенную границу и множество лизосом, чтобы разрушить и реабсорбировать костный матрикс.

    Время и место этого остеокластогенеза сложны и находятся под контролем многих сигнальных молекул. Двумя основными детерминантами остеокластогенеза являются физическая активность и уровень кальция. При отсутствии нагрузочных упражнений, таких как ходьба или силовые тренировки, образование и активность остеокластов увеличиваются, а костная ткань реабсорбируется быстрее. Таким образом, после периодов бездействия из-за паралича или болезни кости становятся тоньше и слабее. Это серьезная проблема для космонавтов, которые много месяцев находятся в невесомости.Старая поговорка «используй или потеряй» особенно точна, когда речь идет о кости.

    Кости являются основным местом хранения кальция в организме. Кальций необходим для нескольких жизненно важных процессов, включая нервную передачу, свертывание крови и сокращение мышц. Когда уровень кальция в крови становится критически низким, остеокласты стимулируются, чтобы увеличить свою рабочую нагрузку. Они реабсорбируют костную ткань в более быстром темпе, в результате чего накопленный кальций попадает в кровь.

    Вам может быть интересно, почему ваше тело жертвует здоровьем костей таким образом.Но подумайте: вы бы предпочли быть живым с плохим здоровьем костей или мертвым (из-за отсутствия нервной передачи и свертывания крови) с крепкими костями? Не волнуйтесь слишком сильно — по мере увеличения вашего потребления кальция и увеличения физической активности ваши остеокласты станут менее активными, а ваши кости станут толще и сильнее.

    Резюме урока

    Остеобласты и остеокласты необходимы для здоровья костей, но именно остеокласты позволяют костям изменяться после их образования. Остеокласты выделяют ферменты, которые разрушают костный материал, поглощают этот материал для дальнейшей деградации, а затем повторно используют коллаген и минеральные компоненты.Это высвобождает из костей кальция и для использования по всему телу, как и некоторые жизненно важные процессы, включая нервную передачу, свертывание крови и сокращение мышц. Остеокласты образуются в костном мозге из тех же стволовых клеток, которые образуют все клетки крови. Образование и активность остеокластов увеличиваются в ответ на бездействие и низкий уровень кальция в крови, что приводит к тому, что кости становятся тоньше и слабее.

    Что нужно помнить

    • Кость : затвердевший матрикс, состоящий из фосфата кальция и коллагена
    • Остеобласты : они образуют кость в ответ на факторы роста и механическую нагрузку на кость
    • Остеокласты : вырабатывают и выделяют пищеварительные ферменты, которые разрушают или растворяют костную ткань
    • Кальций : необходим для нервной передачи, свертывания крови и сокращения мышц

    Результаты обучения

    По мере того, как вы проводите этот урок по остеокластам, сделайте своей миссией впоследствии уметь:

    • Определять кости и контрастировать остеобласты с помощью остеокластов
    • Обсудить происхождение и морфологию остеокласта
    • Опишите пошаговый процесс деления гемопоэтических стволовых клеток
    .
  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *