Reabsorção Óssea: Acção Osteoclasta e Enzimas Proteolíticas
Reabsorção Óssea envolve tanto a dissolução do mineral ósseo como a degradação da matriz óssea orgânica. Os osteoclastos são altamente especializados para desempenhar estas duas funções.130 Ao activar os osteoclastos multinucleados maduros, as células fixam-se firmemente à superfície óssea, utilizando podossomas especializados ricos em actina (anel de actina), através da reorganização do citoesqueleto e da polarização celular.149-151 Dentro destas zonas bem fechadas de adesão à matriz mineralizada, os osteoclastos formam membranas convolutas, semelhantes a vilosidades, denominadas “bordas desbotadas”, que aumentam substancialmente a superfície da membrana celular face à lacuna de reabsorção (Howship’s lacuna). Através destas membranas rugosas, os osteoclastos secretam ácido clorídrico abundante (envolvendo a bomba vacuolar H+-ATPase proton), mediando a acidificação do compartimento entre a célula e a superfície óssea, bem como uma miríade de enzimas como as catepsinas lisossómicas, a fosfatase TRAP (fosfatase ácida resistente aos tartaratos), e as MMPs proteolíticas (metaloproteinases de matriz) (ver mais adiante). A acidez do ambiente leva à dissolução da fase mineral (hidroxiapatita cristalina), activação de enzimas líticas, e digestão de compostos de matriz orgânica (ver Fig. 60-5). O mecanismo de selagem permite a dissolução localizada e a degradação da matriz óssea mineralizada, protegendo simultaneamente as células vizinhas de danos.152,153 Durante o processo de reabsorção, a dissolução da hidroxiapatita liberta grandes quantidades de cálcio solúvel, fosfato, e bicarbonato. A remoção destes iões é necessária (por exemplo, para manter o pH ácido na lacuna de reabsorção) e envolve vias vesiculares e transporte directo de iões através de diferentes permutadores de iões, canais, e bombas. Os produtos de degradação da matriz orgânica após a digestão enzimática são transcitos através da célula para secreção na membrana basolateral.152,153
Estes complexos processos de recrutamento osteoclasto, polarização na superfície óssea, e exportação de ácido e enzimas são orquestrados por muitos factores, incluindo RANKL,154-156 bem como por sinalização mediada por integrina da própria matriz óssea.157,158 Esta última, particularmente representada pela αvβ3 integrin em osteoclastos, foi sugerida como importante para o funcionamento do osteoclastos com base na descoberta de que a inibição da sinalização através desta αvβ3 integrin inibiu a reabsorção óssea mediada por osteoclastos in vitro e em modelos animais de osteoporose e osteólise maligna.158 As integrinas são receptores heterodiméricos da superfície celular, compostos por uma subunidade α e uma subunidade β, que medeiam as interacções células-matriz e, portanto, a adesão. A αvβ3 integrina, entre várias integrinas as mais expressas em osteoclastos, reconhece as proteínas de matriz RGD(Arg-Gly-Asp)- que contêm vitronectina, osteopontino, e sialoproteína óssea. Vários componentes da via de sinalização da integrina αvβ3 localizam-se na zona de selagem dos osteoclastos de reabsorção activa e desempenham um papel na ligação da adesão da matriz dos osteoclastos à organização citoesquelética, polarização celular, e activação para reabsorção óssea. Após a sua activação, αvβ3 integrin estimula um complexo de sinalização intracelular envolvendo a tirosina kinases c-Src e Syk. A importância do αvβ3, c-Src, e Syk na actividade osteoclasta é sublinhada pelo desenvolvimento da osteopetrose em ratos deficientes em cada um destes genes, devido à falta de reabsorção óssea. Estas descobertas tornam cada uma destas moléculas candidatas a alvos terapêuticos para bloquear a reabsorção óssea osteoclástica. As evidências pré-clínicas indicaram que αvβ3 integrin-targeting drugs (peptídeos e pequenas moléculas não péptidas) foram capazes de bloquear com sucesso a osteólise e o crescimento tumoral em modelos animais de metástase óssea, provavelmente inibindo tanto a reabsorção óssea mediada por osteoclastos, como o direccionamento directo para células cancerígenas.159 Estão em curso ensaios clínicos com antagonistas da integrina e inibição da cinase c-Src para o tratamento da osteoporose.115,147,157,159
Muitas das moléculas que são importantes para a função osteoclasta in vitro como β3 integrina, c-Src, cathepsina K, anidrase carbónica II, TRAP, e várias proteínas de canal iónico, causam um fenótipo osteopetrotico quando eliminadas em ratos ou alteradas em humanos. A ausência destes genes não afecta a diferenciação em osteoclastos morfologicamente normais; no entanto, os osteoclastos não são funcionais, e não conseguem reabsorver eficazmente o osso.81,147 Por exemplo, a catepsina K, a enzima chave na digestão da matriz óssea pela sua actividade no colagénio do tipo I degradante, é altamente expressa pelos osteoclastos activados e secretados na lacuna de reabsorção.152,153 A sua eliminação em ratos levou à osteopetrose,160,161 e as mutações no gene da catepsina K humana provocam a picnodisostose.162 Foram desenvolvidos inibidores altamente selectivos e potentes da catepsina K (tais como Odanacatib e ONO-5334) que estão actualmente a ser testados em grandes ensaios clínicos de fase III, dadas as promissoras descobertas anteriores que indicam a sua utilidade como agentes antiresorventes para tratar a osteoporose, bem como a sua potencial utilização terapêutica para reduzir a osteólise induzida pelo cancro da mama e a carga tumoral esquelética.115,147,159,163-165
Besides cathepsina K, vários grupos de enzimas proteolíticas estão envolvidos na degradação de componentes orgânicos (colágenos e proteoglicanos) de matrizes ósseas e cartilaginosas após a dissolução do mineral.166-168 Uma destas é a família MMP, que constitui mais de 25 membros, incluindo colagenases segregadas, estromelisinases, gelatinases, e MMPs tipo membrana (MT)-MMPs.167-169 MMPs são sintetizadas como proenzimas latentes que, após activação proteolítica, podem degradar numerosos componentes de matriz extracelular. Como tal, estão envolvidos no desenvolvimento, crescimento e reparação de tecidos, mas também em condições patológicas associadas à degradação excessiva da matriz, tais como artrite reumatóide, osteoartrite, e metástase tumoral.166,169,170 Vários MMPs, incluindo MMP9 e MMP14 (também conhecido como MT1-MMP), são altamente expressos em osteoclastos/condroclastos, mas também são produzidos por muitos outros tipos de células. Ambas estas moléculas desempenham um papel no processo de reabsorção da cartilagem associada à invasão por osteoclastogénese durante a ossificação endocondral.109,111,171-173 MMPs e enzimas proteolíticas contendo um domínio de desintegração e metaloprotease (ADAMs) também podem afectar a osteoclastogénese per se, modulando a biodisponibilidade e apresentação de RANKL através da clivagem proteolítica da sua forma transmembrana a RANKL solúvel.174,175
Finalmente, após um período limitado de actividade reabsortiva, pensa-se que o osteoclasto morre por apoptose (ver mais adiante),176 e a área reabsorvida de cartilagem ou osso é, em condições de desenvolvimento, crescimento e saúde óssea, eficientemente substituída por osso recém-formado através da acção dos osteoblastos.