El Metabolismo de la Vitamina D Interviene en la Regulación de la Síntesis de Osteoclastos

• AUTOR : Kogawa M, Findlay D, Atkins G y colaboradores
• TITULO ORIGINAL : Osteoclastic Metabolism of 25(OH)-Vitamin D3: A Potential Mechanism for Optimization of Bone Resorption
• CITA : Endocrinology 151(10):4613-4625, Oct 2010
• MICRO : La vitamina D tiene un metabolismo autocrino en los osteoclastos y podría intervenir tanto en la regulación de su formación como de la actividad de estas células.

Introducción

Para mantener un esqueleto saludable es fundamental la vitamina D3, que regula el metabolismo fosfocálcico. Esta vitamina es importante para la optimización de la actividad de las células óseas, a pesar de que su carencia puede corregirse parcialmente mediante la administración externa de calcio y fósforo.

Actualmente se postula que la 1-alfa,25-dihidroxivitamina D3 (1,25D) mantiene la normocalcemia mediante la estimulación de la formación de osteoclastos y de la resorción ósea. La 1,25D actúa directamente sobre la formación de osteoclastos inducida por el receptor activador del factor nuclear kappaB (RANKL), ya que facilita la adhesión de los precursores de osteoclastos a los osteoblastos estromales. Para lograr esto, produce un aumento de la expresión del RANKL y la disminución de la expresión de su antagonista, la osteoprotegerina (OPG).

Los autores señalan que, ante una alteración de los niveles de vitamina D, aunque los valores séricos de calcio, fósforo y parathormona fueran normales, el volumen óseo se vería afectado. La 25-hidroxivitamina D3 (25D) se convierte en 1,25D por medio de la 1-alfa,25-hidroxilasa. Esta enzima es codificada por el gen CYP27B1. Los osteoblastos expresan este gen y, por ende, pueden participar del metabolismo de la vitamina D.

Por otra parte, se especula acerca de la posibilidad de que los osteoclastos también formen parte del metabolismo de dicha vitamina. En estudios in vitro se observó que la estimulación de las células mononucleares de sangre periférica (CMSP) con la combinación del RANKL con factor estimulante de colonias de macrófagos (M-CSF) produce una diferenciación de dichas células mononucleares a osteoclastos. Dado que estos osteoclastos presentan tanto CYP27B1 como receptores de vitamina D (RVD) pueden responder a la 25D y también metabolizarla.

Existe información más reciente que sugiere que la 25D es el compuesto con mayor influencia sobre la mineralización ósea, incluso más que la 1,25D. Se postula que la 25D es el factor más importante en la determinación del volumen y la resorción ósea. Por lo tanto, un leve descenso de los niveles de 25D podría tener un gran efecto sobre la actividad osteoclástica y la aparición o evolución de la osteopenia. Los investigadores que realizaron este ensayo estudiaron el papel del metabolismo de la vitamina D en la formación de osteoclastos.

Materiales y métodos

Se utilizaron para este estudio CMSP humanas, muestras de tejido femoral humano adulto de pacientes sometidos a cirugías de reemplazo de cadera o rodilla, cultivos de células RAW 264.7 y células esplénicas de ratón. Se midió la síntesis de novo de 1,25D y la expresión de ARNm de CYP27B1 y factor nuclear de células T activadas (NFAT)-c1. Luego se realizó el análisis estadístico de los datos.

Resultados

En los cultivos de CMSP humanas se detectó un aumento de la expresión de ARNm de CYP27B1 ante la presencia de M-CSF combinada con RANKL o sin él. Esto permite suponer que la expresión de CYP27B1 se incrementa con la diferenciación tanto a macrófagos como a osteoclastos. Al evaluar qué línea celular era la principal responsable de la producción de CYP27B1, se observó que fueron los osteoclastos, ya que produjeron más 1,25D que los macrófagos. También se comprobó que las células RAW 264.7 convirtieron la 25D en 1,25D de novo.

Al agregar 25D a los cultivos celulares RAW 264.7 no se demostraron efectos sobre la formación de osteoclastos. En cambio, se incrementó el número y tamaño de los osteoclastos estimulados con 25D y RANKL. Por otro lado, la 25D no influyó en la diferenciación osteoclástica de las CMSP estimuladas con M-CSF y RANKL.

El NFAT-c1 es el regulador clave de la osteoclastogénesis. Tanto la 1,25D como la 25D inhibieron la expresión del NFAT-c1 en las células RAW 264.7 durante la diferenciación temprana, mientras que aumentaron su expresión durante la diferenciación tardía. Estos hallazgos sugieren que el metabolismo endógeno de la vitamina D, y especialmente la 25D, tienen el potencial de mejorar la diferenciación osteoclástica en las células RAW 264.7 a nivel de la expresión génica.

Los investigadores encontraron una relación fuertemente positiva in vivo entre los niveles de CYP27B1 óseo y el ARNm de NFAT-c1, y por ello llegan a la conclusión de que el metabolismo de la vitamina D y la osteoclastogénesis se hallan interconectados en los seres humanos, y que el CYP27B1 es intrínsecamente necesario para una osteoclastogénesis adecuada. Esta suposición es apoyada por el bajo número de osteoclastos presentes en ratones que no poseen CYP27B1.

En los cultivos de células RAW 264.7 con RANKL recombinante se detectó una menor actividad resortiva ante la presencia de 25D o de 1,25D, en comparación con los cultivos sin vitamina D. La resorción ósea fue inhibida en forma dependiente de la dosis, con un efecto máximo obtenido con 50 nM de 25D. Estos resultados coinciden con los obtenidos utilizando la dosis suprafisiológica de 1,25D (1 nM).

Los científicos luego evaluaron si la inhibición del metabolismo de la 25D se debía a la apoptosis de los osteoclastos, o a la disminución de su vida media. Se comprobó que no era así. Estos experimentos se realizaron tanto sobre CMSP como sobre células RAW 264.7.

Más allá de la importancia de la 25D para la diferenciación de los osteoclastos, el metabolismo de esta vitamina y la señalización del RVD en los osteoclastos maduros controlan la capacidad de resorción ósea. Se considera que la señalización del RVD es capaz de atenuar la resorción mediada por los osteoclastos.

Discusión

Los niveles séricos de 25D son importantes en la regulación del volumen óseo, de los niveles de RANKL y de la resorción osteoclástica. Es por eso que las investigaciones recientes proponen que la 25D afecta más directamente la mineralización ósea que la 1,25D.

Los autores de este trabajo estudiaron el metabolismo de la vitamina D y su efecto sobre la diferenciación y función osteoclástica. Determinaron que la expresión de ARNm de CYP27B1 aumenta en función de la diferenciación de las CMSP humanas en respuesta a la estimulación con M-CSF (que promueve la diferenciación a macrófagos) o con M-CSF más RANKL (que promueven la diferenciación a osteoclastos). Esto es coherente con la teoría que sostiene que los macrófagos constituyen una fuente extrarrenal de 1,25D.

La 25D, en presencia del RANKL, incrementó en forma dependiente del tiempo la expresión de ARNm de NFAT-c1 y otros marcadores osteoclásticos. A partir de esta observación, los autores sugieren que la conversión de 25D a 1,25D promueve la formación de osteoclastos mediante la expresión de genes marcadores osteoclásticos. La expresión del CYP27B1 podría constituir un mecanismo de señalización intrínseco para la diferenciación osteoclástica, mediante la acumulación intracelular de 1,25D y la exposición a ésta. Esta hipótesis es avalada por la coexpresión de ARNm de CYP27B1 y de NFAT-c1 en las CMSP estimuladas con RANKL y M-CSF.

Un dato relevante es que, más allá de estimular la formación de osteoclastos, la 25D reduce de manera significativa la capacidad de resorción ósea de dichas células. Esta supuesta paradoja se observó tanto en las células RAW 264.7 como en los osteoclastos derivados de las CMSP. Sin embargo, esto podría responder a un complejo mecanismo regulatorio de la homeostasis ósea. Hasta el momento es sabido que, ante la presencia de 25D, los osteoclastos humanos no expresan niveles bajos de genes marcadores de resorción ósea, sino que dichos marcadores se hallan en grandes concentraciones. Por otra parte, el tratamiento con 25D no demostró reducir la vida media de los osteoclastos. Esto indicaría que la regulación se daría por medio de la 1,25D. Es posible que la acumulación intracelular de 1,25D module la actividad resortiva, según señalan los autores.

En los osteoclastos de ratones sin RVD se determinó un aumento de la actividad de resorción ósea. Además, se demostró una asociación entre la pérdida de masa ósea y los niveles bajos de 25D. Esto indica que la carencia de vitamina D favorece la osteoclastogénesis, y que el RVD es parte de un mecanismo importante para la regulación de la homeostasis ósea.

Conclusión

Los investigadores apuntan que la vitamina D tiene un metabolismo autocrino en los osteoclastos. La conversión de 25D a 1,25D en los precursores osteoclásticos humanos produce un aumento de la expresión de genes asociados a dicha línea celular. A pesar de esto, la actividad osteoclástica es inhibida en presencia de niveles excesivos, ya sea de 25D como de 1,25D. Coherentemente con estos hallazgos, los expertos observaron un incremento en la actividad resortiva en los osteoclastos de ratones sin RVD.

Los niveles circulantes de 25D también participan de la regulación de la formación y actividad de los osteoclastos. Una caída de los niveles séricos de 25D produce un aumento de los niveles de parathormona y de 1,25D. Se cree que las altas concentraciones de 1,25D estimulan la expresión del RANKL. Además se sabe que la combinación de 1,25D y parathormona es un potente estimulador de la osteoclastogénesis y la resorción ósea.

Por lo tanto, concluyen que el metabolismo de la vitamina D podría ser fundamental durante la osteoclastogénesis para regular tanto la formación de osteoclastos como la actividad de dichas células.

Especialidad: Bibliografía - Endocrinología