Metabolismo ósseo – Louzada, E. S. (2024)

METABOLISMO ÓSSEO

por Eugênio Scolforo Louzada, Médico Veterinário (UFV), Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Medicina Veterinária da UFV. Currículo Lattes.

Publicado em 25 de setembro de 2024.

1. Os famosos RANK/RANKL/OPG: Esses carinhas são importantes!

Durante a década de 90 ocorreram vários eventos importantes para a humanidade, alguns tristes como o acidente com a banda Mamonas Assassinas e outros felizes como o lançamento de “I Will Always Love You” de Whitney Houston e o lançamento do primeiro PlayStation pela Sony. Whitney Houston e a Sony fizeram muito sucesso com estas invenções, mas o que bombou mesmo no grupo do WhatsApp da Osteologia daquela época foi da descoberta do sistema RANK/RANKL/OPG por diversos pesquisadores de todo o mundo. Entender os mecanismos que regulam a atividade dos osteoclastos (que são as células responsáveis pela reabsorção óssea) era um sonho dos pesquisadores, e correr atrás deste sonho levou eles a descobrirem três carinhas muito interessantes sobre os quais vou falar um pouco agora. O RANK e o RANKL foram descobertos por duas equipes de pesquisadores diferentes quase ao mesmo tempo. Tudo isso começou na década de 80 quando pesquisadores japoneses tentavam de toda forma cultivar osteoclastos in vitro mas era muito difícil e eles só conseguiram fazer isso quando tinha uma cultura de osteoblastos e células do baço (onde tem células precursoras de osteoclastos, que são macrófagos) juntos, de forma que perceberam que era necessária uma ligação direta entre células precursoras de osteoclastos e osteoblastos para que os fantasminhas comedores de ossos surgissem, então eles propuseram uma hipótese de que existam sinalizadores nas membranas dessas células que em contato umas com as outras estimulariam a formação dos osteoclastos. A partir daí começaram a procurar essas moléculas e nos anos 90 foram feitos vários experimentos envolvendo cobaias, células tronco, anticorpos monoclonais, técnicas de cromatografia, genética e biotecnologia que possibilitaram isolar esses importantes sinalizadores e a forma como eles atuam. De forma resumida eles são e fazem o seguinte:

RANKL (ligante do receptor ativador do fator nuclear kappa-B): O RANKL é o fator crítico para a osteogênese pois é ele que vai se ligar ao RANK presente na membrana das células precursoras de osteoclastos e induzir elas a uma mudança de personalidade. O RANKL é produzido pelos osteoblastos, células dendríticas e outros tipos celulares, e ele geralmente está na membrana destas células, mas também pode se encontrar de forma solúvel no sangue. Sua expressão é regulada por vários fatores, incluindo hormônios e citocinas, que respondem a mudanças nas necessidades do esqueleto.

RANK (receptor ativador do fator nuclear kappa-B): O RANK é uma proteína membro da gangue das TNF (fatores de necrose tumoral) que é expressa na membrana das células precursoras de osteoclastos. Quando o RANKL se liga ao RANK é iniciada uma cascata de sinalização intracelular que culmina na ativação de fatores de transcrição que promovem a sobrevivência, fusão e ativação dos osteoclastos, os fantasminhas comedores de osso.

OPG: A osteoprotegerina, vulgo OPG também é um membro da gangue das TNF, e ela atua como um receptor que neutraliza o efeito do RANKL. Ela é produzida por uma variedade de células, incluindo osteoblastos, células do estroma e células endoteliais, e sua expressão é regulada por fatores que promovem a formação óssea.

Os ossos são tecidos dinâmicos e o tempo todo está acontecendo uma formação e reabsorção ósseas e esses processos são interdependentes um do outro e regulados pelo sistema RANK/RANKL/OPG. Os osteoblastos vão formando osso até que uma remodelação seja necessária, desta forma células precursoras de osteoclastos vão receber em seus ligantes RANK o RANKL que foi produzido sob demanda por várias células diferentes. Sob essa sinalização os macrófagos no tecido ósseo vão se tornar osteoclastos e começar a reabsorver o tecido até que não seja mais necessário, então será produzida a OPG que irá se ligar ao RANKL, impedindo-o de formar novos osteoclastos. Além disso, existe um mecanismo de sinalização bidirecional, ou seja, não é só na direção da formação ou não formação dos osteoclastos que a coisa anda, pois o RANKL e RANK tem a capacidade de se estimular mutualmente, o que ajuda mais ainda nesse controle da remodelação óssea porque os osteoblastos também vão ser ativados (é muito legal e eu não entendi muito bem como funciona pra falar a verdade). Todo este processo é coordenado e harmônico, como uma sinfonia, mas que está sujeito a falhas devido à idade, distúrbios metabólicos, câncer e outras coisas que podem alterar esse funcionamento, de forma que um ou outro desses sinalizadores atuem mais ou menos causando problemas como a osteoporose, mas a descoberta deste sistema também ajudou muito a criar modelos experimentais que permitiram o surgimento de medicamentos e terapias que pudessem ser usados nesses pacientes.

2. Metabolismo, Imunidade e Energia. Caramba!

Osteoimunologia parece ser uma palavra inventada por algum cientista de um filme de ficção científica para justificar a existência de um monstro zumbi feito de ossos, mas, na verdade, é uma área de estudo criada com a descoberta do RANKL (primariamente em células do sistema imune e logo depois a relação com o metabolismo ósseo) e que foi crescendo e mostrando ao mundo a importância dessa citocina malandrinha que não tem tempo ruim e se envolve com várias tribos do corpo inteiro. Quando falamos de RANKL a primeira coisa que eu penso é na sua relação com o metabolismo ósseo e todas as implicações decorrentes de uma falha nesse processo. O crescimento dos ossos, a estrutura e saúde de um osso envolve remodelação óssea, e o RANKL é o principal fator que inicia este processo pois é o sinal inicial que faz surgir os osteoclastos. Falhas na produção desta citocina, sejam elas congênitas (como em doenças hereditárias) ou adquiridas podem causar alterações significativas no metabolismo ósseo levando a doenças como osteoporose e artrite reumatoide, onde o papel do RANKL já foi comprovado. Mas nem só de osso vive o RANKL. Ele também tem um papel importante no sistema imune visto que sua sinalização envolve diretamente a formação de órgãos deste sistema. Os órgãos imunes consistem em células imunes e células estromais e estudos usando camundongos mostraram que vários desses tipos de células expressam RANKL ou RANK, transduzindo sinais para o desenvolvimento e função do sistema imune. Medula óssea, timo, linfonodos, tecidos linfoides associados a mucosa intestinal, células de defesa da pele e sistema nervoso central, estudos mostram a presença de células expressando RANKL em todos estes locais e sua importância em vários processos como formação do órgão, desenvolvimento de células do sistema imune, regulação da função destes órgãos e células de forma benéfica e prejudicial. O RANKL não satisfeito com seu papel de protagonista na remodelação óssea e de suas participações no sistema imune também se meteu em outros lugares, por exemplo, o RANKL promove a proliferação de células epiteliais mamárias, e na replicação das células tronco mamárias, relacionado também com a progesterona que controla a expressão de RANKL nesse tecido mamário. O RANKL é expresso em neurônios e astrócitos nos locais que controlam a temperatura corporal, o que sugere que o RANK/RANKL medeia a resposta inflamatória da febre, e também na febre não inflamatória, mas aquela que ocorre em fêmeas devido a efeitos hormonais. Existem evidências que RANKL/RANK/OPG estão envolvidas com calcificação vascular, diabetes mellitus tipo 2 (com níveis séricos altos daquele RANKL solúvel sendo um marcador de risco para a doença), com crescimento de pelos e até com o crescimento da musculatura esquelética. Para esses carinhas do sistema RANKL/RANK/OPG, NÃO EXISTE MESMO tempo ruim, eles tão em todo lugar o tempo todo e sendo importantes peças nos processos metabólicos dos organismos.

Em relação ao metabolismo energético nós sabemos que os ossos têm um papel importante nisso, não sendo só uma estrutura que confere sustentação aos músculos e proteção aos órgãos, mas tem um papel como órgão endócrino também. As diversas células dos ossos secretam diversos fatores de regulação do metabolismo energético, como a osteocalcina que é secretada pelos osteoblastos maduros e quando ativa pode aumentar a secreção de insulina pelo pâncreas e melhorar a sensibilidade à insulina nos tecidos periféricos, tendo um papel na proteção contra doenças como diabetes tipo 2. A Oteopontina é expressa em muitas células, incluindo osteoblastos, osteoclastos, condrócitos e outros tecidos e órgãos. A osteopontina está principalmente relacionada à inflamação, por exemplo em adipócitos e hepatócitos ela aumenta principalmente as respostas inflamatórias e interrompe a homeostase da glicose nas células. Proteína morfogenética óssea é um termo genérico pra um monte de proteínas que são isoladas dos ossos e que existem estudos que demonstram uma correlação positiva entre a quantidade de gordura e os níveis circulantes de BMP-4 em indivíduos obesos. O Fator de Crescimento de Fibroblastos 23 é um hormônio derivado dos ossos, principalmente dos osteócitos, que regula o metabolismo do fósforo e vitamina D, mas também tem efeitos no metabolismo energético, onde em níveis elevados, o FGF23 pode contribuir para disfunções cardiovasculares e alterações no metabolismo da glicose, destacando a importância do equilíbrio hormonal para a saúde metabólica global. Recentemente, novos estudos descobriram que a expressão de RNA em exossomos secretados por células tronco da medula óssea é semelhante à dos exossomos produzidos por adipócitos derivados de células-tronco, o que sugere que os dois tipos de exossomos podem compartilhar habilidades semelhantes para regular o metabolismo energético de todo o corpo. Alguns fatores também envolvem os osso e metabolismo energético ao mesmo tempo, como o estrogênio. O papel do órgão osso no metabolismo geral do corpo é muito complexo e cheio de coisas a serem descobertas, e é por isso que no título desde capítulo tem um “Caramba!” porque…caramba! Que tanto de coisa!

3. Bone & Cancer: A lei de Murphy se aplica aqui também.

Vimos que a sinalização RANKL/RANK está envolvida em um monte de coisas no corpo, e neste capítulo nós vamos falar de um assunto muito sério: A lei de Murphy. Creditada ao capitão e engenheiro estadunidense Edward Aloysius Murphy Jr., a frase “Se existe alguma possibilidade de alguma coisa dar errado, dará errado.”, e se pudéssemos adaptar esta citação ao mundo da oncologia poderíamos dizer então que “Se existe alguma possibilidade de alguma célula se multiplicar errado e começar um tumorzinho, está célula fará isso”. Vários estudos demonstraram a expressão de RANKL e RANK em tecidos neoplásicos, muitas vezes com o nível de expressão de RANKL/RANK em tecidos cancerígenos estando relacionado ao prognóstico de vários tipos de câncer, como o câncer nos ossos, mama, pulmão, endométrio, rins e estômago. Portanto, o eixo RANKL/RANK pode influenciar o desenvolvimento e a progressão do câncer, enquanto os efeitos específicos podem diferir entre os tipos de câncer. Um grande exemplo de como os ossos são afetados por tumores são derivados extracelulares das células tumorais que têm uma grande influência no metabolismo ósseo. Exossomos secretados pelas células tumorais da mama contêm heparina, interleucina, hormônio da paratireoide, prostaglandina e outros fatores biológicos que ativam os osteoclastos, e outros exossomos de tumor de mama podem mediar as atividades fisiológicas das células endoteliais no tecido ósseo. Células de câncer de próstata podem mediar o equilíbrio do colesterol das células da medula óssea e exossomos das células do câncer de próstata podem ativar a sinalização RANK e promover a diferenciação dos osteoclastos e a reabsorção óssea. Exossomos produzidos por osteossarcomas podem gerar uma inflamação protometastática por meio de alterações fisiológicas nas células tronco promovendo o crescimento do tumor e a formação de metástase pulmonar. Apesar de todo os problemas que a Lei de Murphy aplicada nas células ósseas podem causar, os estudos nessa área vão desenvolver muitos pontos positivos. Uma parte recente e importante desses estudos está focado no papel dos exossomos no crescimento, desenvolvimento e metabolismo de tumores que, não só oferecem um conhecimento acerca do tumor em si que já ajuda muito no desenvolvimento de melhores tratamentos e prevenções, mas como objetos ativos na criação de terapias, como alvos de tratamento com imunoterapia, como transportadores de fatores de prevenção, recuperação ou drogas para o tratamento do tumor. Espero que nós possamos fazer parte destes estudos e ajudar os animais e pessoas a terem uma chance na luta contra essas doenças.

4. Microbiota intestinal e metabolismo ósseo? Do que diabos estamos falando?

Estamos falando que estudos realizados com camundongos mostraram que existe uma relação entre a microbiota intestinal e osteoporose. Como? Essa é a parte mais legal! Bom, a osteoporose já estamos carecas de saber que é uma redução da massa óssea com deterioração da microarquitetura dos ossos que confere fragilidade e risco de fraturas nos ossos. Tá, mas e o que isso tem a ver com microbiota cara? Tem a ver que em modelos experimentais de osteoporose, que são camundongos, foram feitos procedimentos de forma que a microbiota intestinal deles fosse afetada para reduzir ou eliminar os microorganismos intestinais (Isso é feito com antibióticos, transplante de microbiota fecal, animais germ-free) e dessa forma foi possível avaliar que a densidade mineral óssea e a quantidade de osteoclastos foram afetadas. Os mecanismos de regulação do metabolismo ósseo pela microbiota são variados e podem ser tanto diretos quanto indiretos. Diretamente, a microbiota influencia a remodelação óssea por meio da liberação de vesículas extracelulares ou metabólitos microbianos, e indiretamente regula a remodelação óssea por meio de sua interação com células imunes, como células T auxiliares 17 e células T reguladoras, ou hormônios como estrogênio e hormônio da paratireoide. O uso de probióticos tem sido estudado para o tratamento de osteoporose, pois os microorganismos benéficos em quantidades adequadas trarão efeitos positivos sobre mecanismos que regulam a reabsorção óssea, como, por exemplo, espécies de Lactobacillus que tem efeitos inibitórios na expressão de mRNA de TRAP5 e RANKL mRNA. Espera-se que esta nova abordagem utilizando probióticos seja utilizada ao mesmo tempo que os medicamentos convencionais, o que pode aumentar a vida útil deles pois atualmente tem-se percebido diversos problemas relacionados ao uso crônico destes medicamentos. Um problema a ser estudado mais afundo e solucionado é que o uso prolongado de probióticos diminui a variedade da microbiota o que leva a outros problemas como distúrbios inflamatórios que como visto anteriormente também são capazes de afetar a saúde dos ossos.

5. Musculoquinas não é um nome bem melhor?

As mioquinas (ou myokines, que são citocinas produzidas nos músculos) são secretadas aos montes pelas células musculares e tem um papel importante nos ossos e nos órgãos endócrinos (o que é muito mais aceitável porque os músculos e os ossos são casca de bala um do outro, diferente das bactérias da microbiota intestinal que nem o DNA do organismo tem). Podemos considerar que o próprio músculo é um órgão endócrino (o que não é hoje em dia né…) pois as células das fibras musculares expressam e liberam mais de 3000 citocinas e moléculas polipeptídicas. Como ambos possuem a mesma origem embrionária, eles praticamente são primos de 1º grau, garantindo então uma comunicação e relação muito forte entre estes órgãos. A relação dessas mioquinas com o esqueleto ainda não foi totalmente elucidada, mas como exemplo da sua importância podemos citar que o exercício de correr está relacionado a uma menor densidade mineral óssea (DMO) em comparação com exercícios de resistência, como o levantamento de peso, que aumentam a massa muscular e estão relacionados a uma maior DMO. Também podemos citar o papel dos músculos na cicatrização das fraturas. As principais mioquinas relatadas como reguladoras do metabolismo ósseo incluem irisina, ácido β-aminoisobutírico, miostatina, fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF), IL-6, IL-7, fator inibitório de leucemia (LIF), FGF21, e TNF-α. A IGF1 também desempenha um papel importante no crescimento do osso, sendo expresso localmente nos músculos e esse IGF-1 derivado do músculo estimula os osteoblastos a formarem osso novo. O IGF-1 também pode aumentar a expressão de RUNX2 ao estimular a via Wnt/β-catenina, promovendo a síntese de osteoblastos e reduzindo a apoptose ou aumentar a atividade de RANKL, induz a diferenciação de osteoclastos e promovendo a reabsorção óssea em certas condições. O que faz muito sentido dessa relação é que músculo esquelético e osso estão crescendo e se desenvolvendo juntos. Se pensarmos novamente na osteoporose encontraremos um novo ponto de vista patológico e terapêutico, onde as mioquinas podem ser tanto vilões quanto mocinhos. O estudo de como elas afetam negativamente os ossos e como sua inibição seria benéfica em casos de osteoporose abre um novo capítulo nas estratégias para o tratamento desta doença.

Estudar o metabolismo ósseo é realmente desafiador. A quantidade de informações disponíveis em livros e artigos científicos nos mostra como os ossos se relacionam com todo o corpo e até com outros organismos que vivem dentro do nosso intestino. O metabolismo ósseo é complexo e a cada dia surgem novas áreas de influência como a das mioquinas e da microbiota. Precisamos continuar os estudos sobre essas interações metabólicas entre os ossos e os demais órgãos e sistemas, pois terminamos este texto com mais dúvidas do que quando começamos a ler.

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