Resorción ósea: Acción de los osteoclastos y enzimas proteolíticas
La resorción ósea implica tanto la disolución del mineral óseo como la degradación de la matriz ósea orgánica. Los osteoclastos están altamente especializados para realizar ambas funciones.130 Tras la activación de los osteoclastos multinucleados maduros, las células se adhieren firmemente a la superficie ósea, utilizando podosomas especializados ricos en actina (anillo de actina), mediante la reorganización del citoesqueleto y la polarización celular.149-151 Dentro de estas zonas de adhesión firmemente selladas a la matriz mineralizada, los osteoclastos forman membranas enrevesadas, similares a vellosidades, denominadas «bordes erizados», que aumentan sustancialmente la superficie de la membrana celular frente a la laguna de resorción (laguna de Howship). A través de estas membranas erizadas, los osteoclastos secretan abundante ácido clorhídrico (con la participación de la bomba de protones H+-ATPasa vacuolar), mediando la acidificación del compartimento entre la célula y la superficie ósea, así como una miríada de enzimas como las catepsinas lisosomales, la fosfatasa TRAP (fosfatasa ácida resistente al tartrato) y las MMP proteolíticas (metaloproteinasas de la matriz) (véase más adelante). La acidez del medio conduce a la disolución de la fase mineral (hidroxiapatita cristalina), a la activación de las enzimas líticas y a la digestión de los compuestos orgánicos de la matriz (véase la Fig. 60-5). El mecanismo de sellado permite la disolución localizada y la degradación de la matriz ósea mineralizada, al tiempo que protege a las células vecinas del daño.152,153 Durante el proceso de reabsorción, la disolución de la hidroxiapatita libera grandes cantidades de calcio, fosfato y bicarbonato solubles. La eliminación de estos iones es necesaria (por ejemplo, para mantener el pH ácido en la laguna de resorción) e implica vías vesiculares y el transporte directo de iones a través de diferentes intercambiadores, canales y bombas de iones. Los productos de degradación de la matriz orgánica tras la digestión enzimática se transcitan a través de la célula para su secreción en la membrana basolateral.152,153
Estos complejos procesos de reclutamiento de osteoclastos, polarización en la superficie ósea y exportación de ácido y enzimas están orquestados por muchos factores, entre ellos el RANKL,154-156 así como por la señalización mediada por integrinas de la propia matriz ósea.157,158 Se sugirió que esta última, representada especialmente por la integrina αvβ3 en los osteoclastos, era importante para el funcionamiento de los osteoclastos, ya que se descubrió que la inhibición de la señalización a través de esta integrina αvβ3 inhibía la resorción ósea mediada por los osteoclastos in vitro y en modelos animales de osteoporosis y osteólisis maligna.158 Las integrinas son receptores heterodiméricos de la superficie celular, compuestos por una subunidad α y otra β, que median las interacciones célula-matriz y, por tanto, la adhesión. La integrina αvβ3, entre varias integrinas la más expresada en los osteoclastos, reconoce las proteínas de la matriz que contienen RGD (Arg-Gly-Asp), como la vitronectina, la osteopontina y la sialoproteína ósea. Varios componentes de la vía de señalización de la integrina αvβ3 se localizan en la zona de sellado de los osteoclastos en reabsorción activa y desempeñan un papel en la vinculación de la adhesión a la matriz de los osteoclastos con la organización del citoesqueleto, la polarización celular y la activación para la reabsorción ósea. Tras su activación, la integrina αvβ3 estimula un complejo de señalización intracelular en el que participan las tirosina quinasas c-Src y Syk. La importancia de αvβ3, c-Src y Syk en la actividad de los osteoclastos se ve subrayada por el desarrollo de osteopetrosis en ratones deficientes en cada uno de estos genes, debido a la falta de resorción ósea. Estos hallazgos convierten a cada una de estas moléculas en objetivos terapéuticos candidatos para bloquear la resorción ósea osteoclástica. Las pruebas preclínicas indicaron que los fármacos dirigidos a la integrina αvβ3 (péptidos y pequeñas moléculas no peptídicas) fueron capaces de bloquear con éxito la osteólisis y el crecimiento tumoral en modelos animales de metástasis ósea, probablemente al inhibir tanto la resorción ósea mediada por los osteoclastos como al dirigirse directamente a las células cancerosas.159 Se están llevando a cabo ensayos clínicos con antagonistas de la integrina e inhibición de la quinasa c-Src para el tratamiento de la osteoporosis.115,147,157,159
Muchas de las moléculas que son importantes para la función de los osteoclastos in vitro, como la integrina β3, c-Src, la catepsina K, la anhidrasa carbónica II, TRAP y varias proteínas de los canales iónicos, causan un fenotipo osteopetrótico cuando se eliminan en ratones o se alteran en humanos. La ausencia de estos genes no afecta a la diferenciación en osteoclastos morfológicamente normales; sin embargo, los osteoclastos no son funcionales y no consiguen reabsorber el hueso con eficacia.81,147 Por ejemplo, la catepsina K, la enzima clave en la digestión de la matriz ósea por su actividad en la degradación del colágeno de tipo I, es altamente expresada por los osteoclastos activados y secretada en la laguna de resorción.152,153 Su deleción en ratones condujo a la osteopetrosis,160,161 y las mutaciones en el gen de la catepsina K humana causan picnodisostosis.162 Se han desarrollado inhibidores de la catepsina K altamente selectivos y potentes (como el Odanacatib y el ONO-5334) y se están probando actualmente en grandes ensayos clínicos de fase III, dados los prometedores hallazgos anteriores que indican su utilidad como agentes antirresortivos para tratar la osteoporosis, así como su potencial uso terapéutico para reducir la osteólisis inducida por el cáncer de mama y la carga tumoral esquelética.115,147,159,163-165
Además de la catepsina K, varios grupos de enzimas proteolíticas participan en la degradación de los componentes orgánicos (colágenos y proteoglicanos) de las matrices óseas y cartilaginosas tras la disolución del mineral.166-168 Uno de ellos es la familia de las MMP, que está constituida por más de 25 miembros, entre los que se encuentran las colagenasas secretadas, las estromelisinas, las gelatinasas y las MMP de tipo membrana (MT).167-169 Las MMP se sintetizan como proenzimas latentes que, tras su activación proteolítica, pueden degradar numerosos componentes de la matriz extracelular. Como tales, están implicadas en el desarrollo, el crecimiento y la reparación de los tejidos, pero también en condiciones patológicas asociadas con la degradación excesiva de la matriz, como la artritis reumatoide, la osteoartritis y la metástasis tumoral.166,169,170 Varias MMP, incluyendo la MMP9 y la MMP14 (también conocida como MT1-MMP), se expresan en gran medida en los osteoclastos/condroclastos, pero también son producidas por muchos otros tipos de células. Ambas moléculas desempeñan un papel en el proceso de reabsorción del cartílago asociado a la invasión por parte de los osteoclastos durante la osificación endocondral.109,111,171-173 Las MMP y las enzimas proteolíticas que contienen un dominio de desintegrinas y metaloproteasas (ADAM) también afectan posiblemente a la osteoclastogénesis per se, al modular la biodisponibilidad y la presentación de RANKL a través de la escisión proteolítica de su forma transmembrana a RANKL soluble.174,175
Por último, tras un periodo limitado de actividad reabsorbente, se cree que el osteoclasto muere por apoptosis (véase más adelante),176 y la zona reabsorbida de cartílago o hueso es, en condiciones de desarrollo, crecimiento y salud ósea, sustituida eficazmente por hueso recién formado mediante la acción de los osteoblastos.