Osteoimunologie

Skelet slouží jako opora pro svalový aparát, chrání vnitřní orgány, je místem krvetvorby, podílí se na udržení homeostázy organismu. Kostní tkáň je rezervoárem kalcia a fosfátu, který je schopen se v případě nutnosti podílet na udržení homeostázy vnitřního prostředí. Kostra je živá tkáň, která v průběhu celého života podléhá obměně. Remodelace, která zahrnuje kostní resorpci a novotvorbu, tak umožňuje adaptaci skeletu na aktuální potřeby organismu a zároveň sanuje vzniklá mikropoškození. Ztráta kostní hmoty provází mnoho onemocnění, jako jsou chronická infekční onemocnění, revmatoidní artritida, leukemie, postmenopauzální osteoporóza, kostní metastázy a mnohá další. Remodelace kosti probíhá na všech površích kostí dle aktuální potřeby, tento děj zahrnuje kostní resorpci zprostředkovanou osteoklasty, následovanou depozicí nové kosti produkované osteoblasty. Remodelace kosti je děj, který v daném čase probíhá v základních mnohobuněčných jednotkách BMU (basic multicellular unit) jen na určitých místech kostních povrchů. Je to kontinuální proces dvou dějů, a to kostní resorpce a kostní novotvorby, který umožňuje obnovu kostry při zachování její struktury. Diferenciace a aktivace osteoblastů a osteoklastů je regulována pomocí transkripčních faktorů (TF), cytokinů a růstových faktorů (GF), které jsou produkovány jednak lokálně, samotnými kostními buňkami, jednak systémovými faktory. RANKL/RANK má zásadní roli v diferenciaci a přežívání osteoklastů. OPG a RANKL mají zásadní úlohu v propojení funkce osteoblastů a osteoklastů. Stávají se tak cílem možného farmakologického ovlivnění kostní resorpce. Po vazbě RANKLu na RANK dochází k aktivaci signální kaskády regulující diferenciaci a aktivaci osteoklastů. RANKL-RANK stimulace je nepostradatelná pro indukci osteoklastogeneze, ostatní signální dráhy mohou jen pozitivně či negativně tuto signalizaci ovlivnit. OPG není schopen ovlivnit zánětlivou aktivitu onemocnění, je schopen zabránit vzniku erozí a destrukci kloubu. Efekt OPG je tedy spojen s regulací kostního obratu. Kostní remodelace, ztráta kosti jsou kontrolovány osou RANKL-RANK-OPG. RANKL je produkován také T buňkami po antigenním stimulu. Tyto T buňky se mohou podílet také na vývoji a aktivaci osteoklastů. Imunitní buňky se tedy účastní kostního metabolismu jak ve zdraví, tak v přítomnosti zánětlivých nebo autoimunitních onemocnění jako je revmatoidní artritida. Vývoj humánní monoklonální protilátky proti RANKLu, denosumabu, představuje nový, vysoce účinný přístup v prevenci fragilních osteoporotických fraktur, skeletálních komplikací malignit a kostních erozí u revmatoidní artritidy. Blokáda RANKL/RANK signalizace nevede k imunitní dysfunkci. Inhibice RANKLu nemá vliv na průběh zánětlivé reakce mediované T buňkami u RA.

Klíčová slova:
osteoporóza, revmatoidní artritida, kostní remodelace, osteoblast, osteocyt, osteoklast, RANK, RANKL, OPG, denosumab

---

Skelet slouží jako opora pro svalový aparát, chrání vnitřní orgány, je místem krvetvorby, podílí se na udržení homeostázy organismu. Kostní tkáň je rezervoárem kalcia a fosfátu, který je schopen se v případě nutnosti podílet na udržení homeostázy vnitřního prostředí.

Kost je živá tkáň, která v průběhu celého života podléhá obměně. Obměna kosti, remodelace, která zahrnuje kostní resorpci a novotvorbu kosti, umožňuje adaptaci skeletu na aktuální potřeby organismu a zároveň sanuje vzniklá mikropoškození. Remodelace kosti probíhá na všech površích kostí dle aktuální potřeby, tento děj zahrnuje kostní resorpci zprostředkovanou osteoklasty, následovanou depozicí nové kosti produkované osteoblasty. Osteoblasty produkují nemineralizovanou kostní hmotu (osteoid), která asi po 10 dnech začíná mineralizovat. Za fyziologických okolností jsou procesy resorpce a formace vyrovnány a množství odbourané a novotvořené kosti je v rovnováze. Běžný remodelační cyklus trvá 4–6 měsíců, většinu tohoto času zabírá novotvorba. Během jednoho roku je remodelováno přibližně 10 % skeletu, tzn., že celá kostra se obnoví přibližně za deset až dvacet let. Pokud dojde k porušení rovnováhy mezi novotvorbou a resorpcí kosti, vzniká nejprve osteopenický stav, a pokud tato nerovnováha trvá dále, dojde ke vzniku osteoporózy se všemi jejími komplikacemi, vedoucí k výraznému zhoršení kvality života a zvýšení morbidity i mortality. Na vzniku této nerovnováhy se mohou podílet hormonální změny, nadprodukce zánětlivých cytokinů, růstové faktory. ­Ztráta kostní hmoty provází mnoho onemocnění, jako jsou chronická infekční onemocnění, revmatoidní artritida, leukemie, postmenopauzální osteoporóza, kostní metastázy a mnohá další. Osteoporóza je chronické metabolické onemocnění skeletu charakterizované nerovnováhou mezi procesem kostní resorpce a kostní formace, vedoucí ke ztrátě kostní hmoty a deterioraci mikroarchitektury kosti. U postmenopauzálních žen vede pokles hladiny estrogenů k prudkému nárůstu kostní remodelace, kdy nárůst kostní resorpce není dostatečně následován nárůstem kostní novotvorby. S prohlubujícím se úbytkem kostní hmoty dochází ke ztrátě pevnosti kosti a nárůstu rizika zlomenin, které ve svém důsledku vedou k nárůstu morbidity a mortality (1).

Kostní remodelace, probíhá jak na endokortikálním, tak na trabekulárním kostním povrchu, a také intrakortikálně, k zajištění správné adaptace a funkce skeletu, včetně hojení mikropoškození a zajištění homeostázy kalcia. Remodelace kosti je děj, který v daném čase probíhá v základních mnohobuněčných jednotkách BMU ( basic multicellular unit) jen na určitých místech kostních povrchů. Je to kontinuální proces dvou dějů, a to kostní resorpce a kostní novotvorby, který umožňuje obnovu kostry při zachování její struktury.

Osteocyty regulují aktivaci kostní remodelace, mají pozitivní i negativní vliv na osteoklasty i osteoblasty. Aktivace resorpce je mediována smrtí osteocytů v bezprostřední blízkosti mikropoškození (141). To má za následek aktivaci osteokla­stogeneze a kostní resorpce. Po ukončení resorpce osteoklasty podléhají apoptóze (142) a nastává reverzní fáze, kdy jsou aktivovány prekurzory osteoblastů. Po této fázi nastává formace, která končí znovuzaplněním remodelované oblasti, jde tedy o proces kontrolovaný osteocyty (143-145).

Kromě signální komunikace mezi jednotlivými kostními buňkami, je přítomna i komunikace mezi kostními a mimokostními buňkami, jako jsou buňky sympatického nervového systému, hematopoetické buňky, imunitní systém, vaskularita a kloubní chrupavka (146-153).

Osteoklasty

Kostní tkáň obsahuje tři typy specializovaných kostních buněk, jsou to osteoklasty, osteoblasty a osteocyty. Osteoklast je buňka odvozená z hematopoetických buněk monocytomakrofágové linie. Osteoklast je zodpovědný za resorpci kosti. Diferencovaný osteoklast je mnohojaderná buňka vybavená zřasenou membránou schopnou přilnutí k povrchu kosti. Zde pak dochází k sekreci kyselin a enzymů (tkáňové metalloproteinázy, kathepsin K), které umožňují vlastní resorpci kostní tkáně.

Osteoblasty a osteocyty

Osteoblasty jsou pak odvozeny z pluripotentní mezenchymální kmenové buňky (MSC). Jejich úkolem je syntéza nové kostní hmoty, osteoidu, a umožnění následné mineralizace. Osteocyty jsou terminálně diferencované osteoblasty zavzaté do vlastní mineralizované kostní hmoty. Osteocyty představují asi 90 % všech kostních buněk dospělého skeletu.

Osteocyty jsou často opomíjené kostní buňky, které, jak vyplývá z posledních výzkumů, hrají centrální úlohu v regulaci kostní remodelace. Důležitá role osteocytů spočívá v jejich odpovědi na mechanický stres a další patologické děje v mikroprostředí kosti vedoucí k mikropoškozením (154, 155). Osteocyty na tuto zátěž odpovídají apoptózou. Smrt osteocytu má za následek akceleraci osteoklastogeneze a resorpci poškozené kostní tkáně. Úbytek osteocytů se tedy jeví být esenciální pro osteoklastogenezi, což odpovídá nálezu, že viabilní osteocyty produkují transforming growth factor (156, 157). Nedostatek estrogenů zvyšuje apoptózu osteocytů, která vede k aktivaci osteoklastogeneze. Poslední studie prokázaly, že osteoklasty preferenčně resorbují kost starou, která obsahuje jen málo živých osteocytů. Úbytek osteocytů vede ke zvýšení počtu osteoklastů a kostní resorpce, neboť estrogeny chrání osteocyty před apoptózou (158).

Donedávna byly osteocyty povážovány za zcela neaktivní buňky, pasivně vyplňující prostor kosti. Jak vyplývá z posledních studií, opak je pravdou. Osteocyty stojí v centru regulace kostní remodelace, regulují aktivitu osteoklastů i osteo­blastů, pracují také jako endokrinní buňky (110). Jsou zdrojem solubilních faktorů, které mají vliv nejen na buňky kostních povrchů, ale ovlivňují činnost i mnoha dalších orgánů, jako jsou ledviny, svaly a další tkáně. Hrají důležitou úlohu v metabolismu fosfátů a kalcia a jsou schopny remodelovat perilakunární kostní hmotu. Osteocyty představují nejdéle žijící buňky. V průběhu procesu stárnutí tyto buňky umírají a v jejich prázdných lakunách lze často nalézt mikropetrózu. Zánětlivé faktory a glukokortikoidy indukují buněčnou smrt osteocytů.

Osteocyty se vyvíjejí z mezenchymálních kmenových buněk cestou přes osteoblasty, které mohou dát vznik osteocytům, nebo podléhají programované smrti. Již dávno není proces osteocytogeneze považován za pasivní proces. Buňka prochází transformačním procesem, při kterém se mění z polygonální buňky na buňku s mnoha výběžky (dendrita) nasměrovanými k mineralizované části. Dendrity tak dosahují kostního povrchu i cévního prostoru. Osteocyt má dvě hlavní funkce, které musí plnit současně: regulovat mineralizaci a formovat dendritické výběžky (111, 112). Osteocytogeneze je aktivní invazivní proces vyžadující štěpení kolagenu a přítomnost mnoha dalších molekul jako je proteináza MT1-MMP. Pro morfologii osteocytu je důležitá kontrola zprostředkovaná E11/gp38/ podoplaninem, což je marker osteocytů ostoidu. Porucha funkce E11/gp38 může vyústit ve snížení a zkrácení sítě kanálků. K zachování dendritické morfologie je dále nutná exprese tubulinu, vimentinu a actinu. Společně s diferenciací osteoblastu na osteofyt se mění distribuce fimbrinu, villinu, slaminu, spectrinu, CapG a dextrinu, molekul nutných k přestavbě cytoskeletu. S přeměnou osteoblastu na osteocyt dochází ke snížení alkalické fosfatázy a kasein kinázy II, která je zvýšena stejně jako osteokalcin. Osteocyty jsou překvapivě schopny za určitých okolností exprimovat znaky osteoklastů, jako je kyselá fosfatáza a cathepsin K, které osteocytům umožňují remodelaci jejich perilakunární matrix (113–118).

Osteocyty jsou schopny signalizace podporující osteoklastogenezi bez přítomnosti dalších oseotropních faktorů. Jak zdravé, tak umírající osteocyty, rekrutují osteoklasty do oblastí remodelace. Apoptóza osteocytů nastává v místě mikrotraumatu. Proapoptotické molekuly jsou zvýšeny u osteocytů přímo v místě poškození, naopak osteocyty vzdálené 1–2 mm od poškození exprimují antiapoptotické molekuly. Z apoptotických osteocytů dochází k uvolnění RANKLu, což má za následek osteoklastogenezi a resorpci kosti (119, 120).

Smrt osteocytů nastává v souvislosti s patologickými okolnostmi jako je osteoporóza nebo osteoartritida, to má za následek zvýšení kostní fragility. Tento stav může být zapříčiněn ztrátou schopnosti identifikovat mikropoškození a zprostředkovat reparaci. Snížené okysličení, stejně tak jako léčba kortikoidy umocňuje apoptózu osteocytů (121). Při poklesu hladiny estrogenů dochází k nárůstu TNF-alpha a interleukinu 1, což opět vede k indukci apoptózy osteocytů. Tento děj naopak inhibují estrogeny, selektivní modulátory estrogenních receptorů, bisfosfonáty, kalcitonin, CD 40 ligand, Calbindin-D28k, monocytární chemotaktické proteiny 1 a 3 (MCP1 a MCP3). Dále je to mechanická zátěž, která prostřednictvím působení na tekutinu kanalikulů v lakunokanalikulární síti osteocytů blokuje kortikoidy indukovanou apoptózu (122, 123). Tento děj je zprostředkován uvolněním prostaglandinu, který aktivuje Wnt/beta catheninovou cestu novotvorby kosti.

Viabilita osteocytů je tedy klíčovým faktorem udržení kostní homeostázy a integrity. I když blokování apoptózy osteocytů může snížit kostní ztrátu, apoptóza osteocytů je esenciální pro nastartování opravných mechanismů kosti a její remodelaci.

Negativní regulátory Wnt/beta-catheninové cesty, jako je Dkk1 a sclerostin jsou hojně exprimovány osteocyty. Jejich downregulace vede k aktivaci Wnt/beta-cateninové cesty, a tedy k novotvorbě kosti. Sclerostin je antagonistou lipoproteinového receptoru 5(LRP5), což je pozitivní regulátor Wnt/beta-catheninové cesty. Mechanická zátěž, stejně tak jako PTH snižují hladinu sclerostinu. Protilátka proti sclerostinu se jeví slibnou možností v léčbě postmenopauzální osteoporózy (124-130).

Wnt/beta-catheninová cesta je velmi důležitá v komunikaci osteocytů. I další signální cesty se mohou propojovat pomocí Wnt/beta-catheninové cesty. Estrogenový receptor alpha hraje roli v přesunu beta-catheninu do jádra jako odpověď na mechanickou zátěž osteoblastů (132). Osteocyty mají také důležitou roli v metabolismu minerálů, fosforu a vápníku. Zde se uplatňují další molekuly kromě sclerostinu, jako jsou PHEX, DMP-1, MEPE a FGF-23, které jsou zvýšeně exprimovány osteocyty. Lakunokanalikulární síť osteocytů pracuje jako endokrinní systém zasahující i vzdálené orgány, jako jsou ledviny (132–135).

 Z výsledků některých studií také vyplývá, že zdravé viabilní osteocyty jsou schopny remodelovat perilakunární matrix a zastávají tak nezastupitelnou roli v udržení minerální homeostázy ve stavech vyžadujících zvýšené uvolnění kalcia, jako je např. laktace. Zdravý osteocyt je schopen uvolňovat i ukládat minerály z jeho lakuny a kanalikulů (136).

Osteocyt je tedy unikátní buňka schopná exprese genů jak mezenchymálních, tak hematopoetických buněk. V průběhu stárnutí kosti dochází k hypermineralizaci perilakunární matrix a mikropetróze následkem zaplnění lakun minerálem. Tento děj vede ke změnám v dynamice kostní tekutiny a zhoršení komunikace a funkce lakunokanalikulární sítě (137).

Lakunokanalikulární síť osteocytů představuje unikátní mechanosenzor. Rychlou odpovědí na stres je uvolnění NO, ATP a prostaglandinu. V kosti NO inhibuje resorpci a napomáhá kostní formaci. Osteoblasty i osteoklasty uvolňují NO na základě mechanického stresu. ATP a intracelulární kalcium mohou být uvolněny osteocyty jako odpověď na mechanickou stimulaci. Prostaglandin indukuje kostní formaci (138, 140) (obr. 1).

Regulace aktivace a diferenciace

Diferenciace a aktivace osteoblastů a osteoklastů je regulována pomocí transkripčních faktorů (TF), cytokinů a růstových faktorů (GF), které jsou produkovány jednak lokálně, samotnými kostními buňkami, jednak systémovými faktory. Hemopoetická prekurzorová buňka kostní dřeně potřebuje pro svou diferenciaci v preosteoklast stimulaci růstovým faktorem – kolonie makrofágů stimulující faktor 1 CSF 1 (colony stimulating factor 1). Ke vzniku mnohojaderného zralého osteoklastu dochází po navázání cytokinu RANKL-ligandu aktivátoru receptoru nukleárního faktoru kappa B (RANKL), který je produkován osteo­blasty a T lymfocyty, a který se váže na svůj receptor (RANK). RANKL/RANK má zásadní roli v diferenciaci a přežívání osteoklastů. Diferenciace osteoklastu je závislá na několika transkripčních faktorech (PU.1 a AP-1 skupiny, jako je Fos) a nukleárním faktoru aktivovaných T buněk (NFATc1) a velmi specifickém cytokinu, ligandu aktivátoru receptoru nukleárního faktoru kappa B (RANKL), který je produkován osteoblasty a T lymfocyty, a který se váže na svůj receptor (RANK) (obr. 2).

Pro rozvoj osteoblastické řady jsou klíčové TF Runx2/cbfa 1 a Osx (osterix). Protichůdně pak na pluripotentní kmenovou buňku působí TF Ppar gamma, který vede k přeměně kmenové buňky na adipocyt. A to je důležitý faktor stárnutí skeletu. Protein 5 a/nebo 6 spojený s LDL receptorem (Lrp5, Lrp6) spojený s koreceptorem frizzled (Fzd), jeho agonistou (Wnts) a antagonistou (Dickkopf, Dkk1, sklerostin, SOTS) využívající beta-kateninové cesty, jsou hlavními regulátory kostní formace. Ačkoliv terminální specifické faktory účastnící se konečné diferenciace osteoblastů v osteocyty nejsou přesně známy, je jisté, že v tomto procesu se účastní sclerostin, fibroblastový růstový faktor (FGF-23), periostin, dentinový kyselý fosfoprotein (DMP-1) a další molekuly zapojené do homeostázy mineralizované tkáně (2, 3).

Nejdůležitějšími signálními molekulami osteoblastů jsou M-CSF a RANKL, které jsou esenciální pro osteoklastogenezi. Osteoprotegerin (OPG) je důležitý regulátor osteoklastogeneze cestou vazby na RANKL. Přesná regulace exprese RANKL, OPG a M-CSF buňkami osteoblastické linie hraje klíčovou úlohu v regulaci kostní remodelace (159–164).

Důležitou cestou regulace kostní remodelace je také osa wnt/LRP5/beta-cathenin. Vazba různých ligandů na LRP5 může rozhodnout, zda osteo­blasty podpoří osteoklastogenezi nebo zahájí kostní formaci. Inhibitorem této osy je sclerostin a DKK1.LRP5 reguluje osteoklastogenezi cestou regulace exprese OPG a RANKL.

Osteoblasty a jejich prekurzory tvoří novou kost preferenčně v resorpčních dutinách. Chybění cathepsinu K, a tedy defektní degradace kolagenu I i přes kompenzační mechanismy, jako je nárůst aktivity MMP, vede k nedostatečné resorpci materiálu v resorpčních dutinách. Kostní formace bezchybně probíhá pouze tam, kde došlo k úplnému odstranění resorbovaných částí kostní hmoty. Existuje tedy několik nezávislých důkazů prokazujících, že resorbovaný povrch obsahuje signální molekuly důležité pro rekrutaci lining cells a osteoblastů (165–167).

Výsledky posledních studií ukazují, že osteoklasty mediovaná exprese EphrinB2 a osteoblasty mediovaná exprese EphB4 je zahrnuta do obousměrné komunikace mezi oběma typy buněk. Exprese Ephrin B2 osteoklasty vede k aktivaci kostní formace osteoblasty cestou navázání na EphB4, zatímco exprese EphB4 na osteoblastech inhibuje osteoklastogenezi vazbou na EphrinB2. Ephrinová signalizace vyžaduje úzký kontakt mezi osteoklasty a cílovými buňkami. Existuje předpoklad, že ephrinová signalizace je zahrnuta do komunikace osteoklastů a bone lining cells, které byly nalezeny v blízkém kontaktu a je tedy možná vzájemná regulace aktivity. V tomto případě je možné, že osteoklasty iniciují diferenciaci osteo­blastů v průběhu reverzní fáze. PTH i PTHrP zvyšují expresi EphrinB2 na osteoblastech, a tato indukce exprese Ephrin B2 vede ke konverzi bone lining cells do kost formujících osteoblastů. EphrinB2 je tedy zahrnut do lokální regulace remodelace kosti (168–170).

Kostní novotvorba měřená pomocí osteokalcinu koreluje s počtem osteoklastů, nikoli s jejich aktivitou. Počet osteoblastů koreluje s počtem neresorbujících osteoklastů. Z toho vyplývá, že počet osteoklatů, ne jejich aktivita, kontrolují kostní formaci (171).

Stimulační signály osteoklastů zralým osteo­blastům, jsou na rozdíl od ephrinové signalizace parakrinní a nevyžadují přímý kontakt buněk. Anabolická aktivace osteoblastů je důležitou částí remodelačního procesu. Z mnoha molekul schopných navodit kostní formaci je jen několik produkováno osteoklasty, nebo je uvolněno z kostní matrix v průběhu kostní resorpce. Nejdůležitějšími z těchto faktorů jsou TGF-beta a IGF-I (172–177).

V momentě, kdy je kostní formace ukončena, osteocyty regulují kostní formaci přímým kontaktem s osteoblasty. Osteocyty dále produkují sclerostin, který je ligandem pro LRP5, a který brání aktivaci wnts , a tedy i aktivaci kostní formace. Sclerostin je produkován zralými osteocyty v mineralizované kostní hmotě a je pravděpodobně zavzat do regulace kostní novotvorby osteoblasty a lining cells. Sclerostin vede k supresi kostní formace. Léčba PTH, stejně tak jako mechanická stimulace redukuje expresi sclerostinu, což koreluje se zvýšenou kostní formací v obou případech (178–180).

Osteocyty produkují sclerostin, který antagonizuje wnt-indukovanou kostní formaci osteoblasty. Hladiny sclerostinu jsou snižovány při léčbě PTH. Vývoj protilátky proti sclerostinu je velmi nadějným příslibem do budoucnosti, který byl demonstrován v preklinických studiích. Další možností jsou protilátky směřované proti ostatním inhibitorům anabolické cesty wnt, konkrétně proti Dkk1 (181, 182).

Pro vyrovnaný průběh remodelace kosti je nutná vzájemná komunikace v mikroprostředí kosti mezi osteoklasty a osteoblasty. Tato interakce probíhá pomocí již zmíněných tří molekul z rodiny TNF alfa ligandů a receptorů. Jsou to: ligand pro receptor aktivátoru nukleárního faktoru kapaB (RANKL), jeho receptor RANK a OPG (osteoprotgerin).

RANKL

RANKL je klíčovým faktorem diferenciace, aktivace a přežívání osteoklastů. Je produkován osteoblasty a T-lymfocyty (4). RANKL je členem superrodiny TNF receptorů a ligandů. Lidský RANKL je syntetizován jako glykoprotein obsahující 317 aminokyselin. Vyskytuje se ve formě membránově vázané a solubilní. Ve vysoké hladině je exprimován ve skeletu a v primární i sekundární lymfatické tkáni, mRNA pro RANKL lze nalézt i v kožních keratinocytech, v epiteliálních buňkách prsní žlázy, v srdci, v kosterním svalu, plicích, žaludku, placentě, štítné žláze a mozku. Membránově vázaný RANKL může být postranslačně regulován některými desintegriny a metalloproteinázami. Na modelu murin karcinomu prostaty byla nalezena zvýšená exprese matalloproteinázy osteoklasty, která může změnit membránově vázaný RANKL na solubilní a zvýšit tak aktivaci osteoklastů a vznik osteolytických lézí (21–31). Po antigenním stimulu dochází v T-lymfocytech k výrazné upregulaci RANKLu, zároveň bylo prokázáno, že RANKL zvyšuje schopnost dendritických buněk stimulovat proliferaci naivních T buněk. RANKL uvolňuje Ca 2+ z intracelulárních zásob cestou PLC (phosphoinositide-specific phospholipase C), což vede k akceleraci translokace NF-kappaB do jádra a prodloužení přežívání osteoklastů.

RANK

Objevení RANKu bylo nezávisle na sobě prezentováno několika výzkumnými tými. Opět jde o člena superrodiny TNF receptorů a ligandů. Jde o signální receptor v procesu diferenciace osteoklastů. RANK mRNA se vyskytuje v dendritických buňkách, v kostech, kosterním svalstvu, thymu, játrech, tenkém a tlustém střevě a v adrenálních žlázách. RANK je možno detekovat na povrchu dendritických buněk, CD4+ a CD8+ T lymfocytů, Langerhansových buněk, epiteliálních buněk prsní žlázy v průběhu těhotenství (32–35).

RANK je člen superrodiny TNF receptorů (TNFR), nemá žádnou kinázovou aktivitu, proto potřebuje další asociované faktory, které zprostředkují přenos signálu po navázání ligandu. Jsou to TNFR asociované faktory (TRAFs), které se váží na různé oblasti cytoplazmatické části TNF receptorů a zprostředkují ligandem indukovanou signalizaci. Jedním z TRAFs pro RANKL je TRAF 6, dalšími jsou 2,5. Tyto TRAFs zprostředkují aktivaci NF-kappaB a c-Jun NH2-terminální kinázy (JNK). Zdá se, že pro aktivaci NF-kappaB je esenciální interakce s TRAF6. TRAF6 je tedy hlavní molekulou nutnou pro komunikaci RANK a NF-kappaB cesty, která je nutná pro osteoklastogenezi (47-51) RANK stimulace a regulace kostního metabolismu souvisí a je závislá na kalciové signalizaci Calcineurin-NFATc1 a proteiny protein kinázy C(PKC) jsou také aktivovány kalciem a jsou nepostradatelné v regulaci kostní remodelace.

RANKL-RANK signalizace zahrnuje aktivaci transkripce faktoru NK-kappaB. Proteiny NF-kappaB1 a NF-kappaB2 jsou syntetizovány jako dlouhé prekurzory, které jsou skladovány v cytoplazmě ve vazbě na IkappaB inhibiční proteiny. Tyto proteiny jsou rychle degradovány po aktivaci Ikappa B kinázy (IKK). IKK komplex obsahuje dvě katalytické subjednotky IKK alpha a IKK beta a regulační podjednotku. Pro RANK signalizaci osteoklastogeneze je esenciální IKK beta (52).

Mitogen-activated protein kinázy (MAPK) patří do rodiny Ser/thr protein kináz. Některé z těchto kináz jsou zahrnuty do RANK aktivace. Některé z nich jsou opět nepostradatelné k aktivaci osteoklastogeneze (53–56) (obr. 3).

Osteoprotegerin

Osteoprotegerin (OPG) je také členem superrodiny TNF alfa ligandů a receptorů, byl poprvé identifikován nezávisle na sobě dvěma skupinami vědců v roce 1997 (Simone et al. 1997; Tsuda et al., 1997). OPG byl první identifikovanou molekulou v ose RANK-RANKL-OPG a byl klonován jako potenciální inhibitor osteoklastogeneze. Osteoprotegerin je složen ze 401 aminokyselin (5). Je to secernovaný glykoprotein účastnící se regulace kostní remodelace. Působí jako kompetitivní receptor pro ligand receptoru aktivátoru nukleárního faktoru kapa B (RANKL) a změna jeho koncentrace v mikroprostředí kosti je spojena s celou řadou kostních onemocnění. Jde o solubilní protein syntetizovaný v podobě prekurzoru. OPG lze nalézt v mozku, játrech, plicích, srdci, ledvinách, kosterních svalech, kůži, žaludku, varlatech a placentě. Inhibicí s TNF spojeného apoptotického ligandu (TRAIL, TNF-related apoptosis – inducing ligand) inhibuje apoptózu. Overexprese OPG u transgenních myší vedla ke vzniku osteopetrozy a naopak chybění OPG vedlo k časné osteoporóze.

Osteoprotegerin je kompetitivním inhibitorem vazby RANKLu na RANK, tedy inhibitorem diferenciace a aktivace osteoklastů, tedy inhibitorem osteoresorpce. Osteoklastogenní faktor RANKL zvyšuje diferenciaci buněk kostní dřeně v osteoklasty a zvyšuje aktivitu zralých osteoklastů v odbourávání kosti. Může být inhibován vazbou na OPG. Hlavní úloha RANKL-RANK interakce je pozitivní regulace osteoklastogeneze, vyvažovaná kompetitivní vazbou OPG na RANKL. Byl podán důkaz o jeho centrální roli v regulaci kostní remodelace inhibicí osteoklastogeneze.

Byla také provedena celá řada klinických studií zaměřených na sledování souvislosti OPG a některých kostních nemocí. Silná asociace byla prokázána u mutací genu OPG a juvenilní Pagetovy choroby ( JPD). Toto onemocnění známé také jako idiopatická hyperfosfatázie, je autozomálně recesivně dědičné onemocnění charakterizované akcelerovaným kostním obratem celého skeletu. Závažnost JPG se pohybuje ve škále od těžkých deformit skeletu zabraňujících mobilitě, vedoucích k frakturám, zástavě růstu, morbiditě a mortalitě až po mírné formy s minimálním postižením, kdy není postižen růst. Již zjištěných mutací je celá řada, mimo změny samotné molekuly, může být postižena vazebná afinita k molekule RANKL, nebo je tato vazba nedostatečná (13).

Funkce osy RANK-RANKL-OPG souvisí s rozvojem některých geneticky vzaných onemocnění skeletu, např. duplikace signálního peptidu RANK je spojena s výskytem Pagetovy choroby. Pacienti trpící expanzivní skeletální hyperfosfatázií, familiárním metabolickým kostním onemocněním vyznačujícím se hyperostózou dlouhých kostí, zkrácenou dobou života, předčasnou ztrátou zubů a epizodickou hyperkalcemií je dána inzercí v exonu 1 pro RANK. Je popsáno větší množství mutací, které vedou k osteopatiím, úbytku kostní hmoty, frakturám a kostním deformitám (36–46).

U pacientů s Pagetovou chorobou, která je charakterizována excesivní kostní resorpcí následovanou abnormální kostní novotvorbou, léčba bisfosfonáty pamidronátem a risedronátem vede k nárůstu sérové hladiny OPG, což opět může být následek zvýšené produkce OPG osteoblasty (17).

B lymfocyty a další buňky produkují osteoprotegerin (OPG), který působí jako kompetitivní antagonista vazby RANKLu na RANK a brání tak osteoklastogenezi.

Vzájemný poměr RANKL a OPG v mikroprostředí kosti určuje převahu nebo deficit osteoresorpce vůči novotvorbě kosti. Tento mechanismus je univerzální pro děje spojené s resorpcí kosti. U žen s nízkou hladinou estrogenu, u postmenopauzálních žen, byly nalezeny zvýšené hladiny RANKLu na buňkách kostní dřeně. Z některých studií vyplývá souvislost mezi vzájemným poměrem RANKL a OPG a vznikem cévních kalcifikací. V patogenetickém procesu úbytku kostní hmoty se účastní i další faktory jako: IGF (inzulinu podobný růstový faktor), TGF – beta. I další cytokiny jako Il-1, prostaglandiny, Il-6, TNF-alfa. Dále do kostní remodelace zasahují i oxid dusnatý a leukotrieny.

K udržení rovnováhy mezi kostní formací a resorpcí je nutná inibice interakce RANKL a RANK vazbou OPG. Osteoprotegerin je produkován osteoblasty a působí jako decoy receptor vážící se na RANKL, čímž brání jeho vazbě na RANK, a tím následné aktivaci osteoklastů, a tedy i kostní resorpci (6, 7). Osteoprotegerin má klíčovou úlohu v regulaci kostní remodelace a mnoho studií prokázalo jeho úlohu při mnoha kostních onemocněních. Byla prokázána úloha OPG v patogenezi osteoporózy a revmatoidní artritidy. Osteoporóza je onemocnění spojené se snížením kostní denzity BMD díky zvýšené osteoklastické aktivitě, která je spjata s poklesem hladiny estrogenů u žen po menopauze. Bylo prokázáno, že podání estrogenů do kultury lidských osteoblastů vede ke zvýšení produkce OPG. Obdobné výsledky byly získány ve studii se SERM (8). Z toho vyplývá, že estrogeny regulovaná produkce OPG je částečně odpovědná za jeho ochranný efekt na kostní denzitu, která po menopauze klesá. Obdobně bisfosfonáty vedou k normalizaci kostního obratu inhibicí osteoklasty zprostředkované kostní resorpce a jsou schopny zvýšit hladinu osteoprotegerinu v trabekulárních osteoblastech (9).

U postmenopauzální osteoporózy byla provedena celá řada studií zaměřených na souvislost mezi sérovou hladinou OPG a BMD u postmenopauzálních žen. Výsledky těchto sledování nejsou jednotné. V jedné srovnávací studii 206 bílých postmenopauzálních žen byla pozorována pozitivní korelace mezi sníženou sérovou hladinou osteoprotegerinu a sníženou hodnotou BMD, stejně tak jako se zvýšenou incidencí obratlových zlomenin (14). V dalších studiích bylo zjištěno, že u postmenopauzálních žen s osteoporózou při léčbě bisfosfonáty dochází při měřeních po 6 a 12 měsících k pozitivní korelaci mezi sérovou hladinou OPG a BMD. Tento nárůst je přisuzován zvýšené sekreci OPG osteoblasty po léčbě bisfosfonáty (15). Stejně tak zvyšuje hladinu sérového OPG podání raloxifenu u žen s nízkou BMD (16).

Estrogeny a androgeny suprimují diferenciaci osteoklastů indukovanou RANKL downregulací JNK-c-Jun, a zároveň kontrolují produkci OPG. Podávání OPG snižuje počet osteoklastů a kostní ztrátu po ovarectomii u krys. Estrogeny také regulují délku přežití osteoklastů.

Dá se shrnout, že všechny faktory mající pozitivní či negativní vliv na kostní osteoklastickou resorpci pozitivně či negativně ovlivňují RANKL a OPG mRNA.

Před několika lety byl objeven transkripční faktor NFATc1 (nukleární faktor aktivovaných T buněk) jako faktor indukovaný RANKL ale nikoli   Il-1 v průběhu diferenciace osteoklastů. Exprese NFATc1 závisí na NF-kappaB a C-Fos cestě. Exprese NFATc1 vede k diferenciaci osteoklastů. NFAT rodina transkripčních faktorů vyžaduje pro svou aktivaci a nukleární translokaci CA2+/kalmodulin závislou Ser/Thr fosfatázu calcineurin (57-59).

Zatímco faktory chránící před ztrátou kostní hmoty vedou k nárůstu OPG, faktory indukující osteoporózu jako např. glukokortikoidy snižují hladinu OPG. U dexametazonu bylo potvrzeno snížení exprese mRNA pro OPG u osteoblastických buněk (10).

OPG a RANKL mají zásadní úlohu v propojení funkce osteoblastů a osteoklastů. Stávají se tak cílem možného farmakologického ovlivnění kostní resorpce.

Zatímco osteoporóza je charakterizována zvýšeným rizikem fraktur při sníženém množství kostní hmoty a poruše mikroarchitektury kosti, revmatoidní artritida je charakterizována chronickým zánětem synoviální tkáně kloubů, který vyústí v destrukci chrupavky i kosti, částečně zapříčiněné zvýšenou osteoklastogenezí. V reakci in vitro v kulturách synoviálních fibroblastů u revmatoidní artritidy a mononukleárních buněk periferní krve dochází k formaci osteoklastům podobných buněk (11). V souladu s pozorováním in vitro, byly výsledky studií provedených in vivo, které také prokázaly spojení mezi OPG, osteoporózou, revmatoidní artritidou, ale také zánětlivým střevním onemocněním, které také může být spojeno s kostní ztrátou. OPG může zabránit úbytku kostní hmoty a akumulaci osteoklastů, stejně tak jako ochránit chrupavku. U TNF alfa indukované artritidy brání OPG vzniku kostních erozí a snad také destrukci kloubů spojené s artritidou. I když OPG není schopen ovlivnit zánětlivou aktivitu onemocnění, je schopen zabránit vzniku erozí a destrukci kloubu. Efekt OPG je tedy spojen s regulací kostního obratu (12).

Zajímavé je, že u pacientů s revmatoidní artritidou byly nalezeny zvýšené hladiny OPG oproti zdravým kontrolám. Tento jev může být připisován kompenzatornímu zvýšení OPG spíše než jeho kauzální úloze v chorobném procesu (18). Při analýze synoviální tkáně pacientů s revmatoidní artritidou bylo zjištěno zvýšení hladiny OPG po podání anti TNF léčby, což podporuje ohranný vliv OPG. Více informací než měření izolovaně sérové hladiny OPG nám poskytuje sledování poměru OPG a RANKL (19).

Osteoimunologie

RANKL-RANK stimulace je nepostradatelná pro indukci osteoklastogeneze, ostatní signální dráhy mohou jen pozitivně či negativně tuto signalizaci ovlivnit.

RANKL je exprimován na aktivovaných T buňkách, ale T buňky zároveň secernují faktor, který negativně ovlivňuje RANK signalizaci. Mezi tyto faktory patří IFN-gamma, který akceleruje degradaci TRAF6 cestou ubiquitin-proteasomu, což vede k silné inhibici RANKL indukované NF-kappaB a JNK aktivace. RANKL také indukuje produkci IFN-beta v osteoklastických prekurzorových buňkách, IFN-beta je inhibitorem diferenciace osteoklastů cestou interference s RANKL indukovanou expresí c-Fos (60, 61).

Genotyp Rankl-/- a Rank-/- vede k fenotypu s kompletní absencí lymfatických uzlin 9–11. I další členové TNF rodiny mají vliv na vývoj a uspořádání sekundární lymfatické tkáně. Jejich nepřítomnost může vyvolat poruchu či chybění lymfatických uzlin, Peyerových plaků, dendritických buněk, změnu architektury sleziny. RANKL-RANK signalizace kontroluje formaci lymfatických uzlin u lidí. K rozvoji lymfatických uzlin je třeba několika odlišných buněčných typů, jako jsou fibroblasty, makrofágy, retikulární buňky a endoteliální buňky. Primordiální lymfatické uzliny jsou poté osídleny T a B buňkami a buňkami, které se vyvíjejí do NK buněk, antigen prezentujícími buňkami a folikulárními buňkami. RANKL a RANK exprimující buňky se vyskytují ve zralých lymfatických uzlinách, v jejich kortikální části. RANKL a RANK jsou dále exprimovány ve slezině a Peyerových plátech. RANKL se účastní regulace vývoje lymfatických uzlin kontrolou jejich buněčné kolonizace (64–72).

Dendritické buňky jsou specializované na vazbu a zpracování antigenu. Ve většině tkání se vyskytují v nezralé formě, neschopné stimulovat T buňky. Kontakt s antigenem vede k jejich maturaci jako odpověď na zánětlivý stimul. Zralé dendritické buňky s antigenem putují do T buněčných zón sekundárních lymfatických orgánů a prezentují antigen antigen-specifickým T buňkám. T buněčné oblasti sekundárních lymfatických orgánů představují mikroprostředí umožňující interakci mezi dendritickými buňkami, T buňkami a B buňkami iniciujícími adaptivní imunitní reakci. RANKL není exprimován na klidových CD 4+ nebo CD 8+ T buňkách, ale 4 hod po stimulaci anti -CD3/CD 28, je povrchový RANKL detekovatelný na CD4+ T buňkách s vrcholem za 48 hod, který trvá až 96 hod. Exprese RANKL na CD8+ T buňkách podléhá obdobné kinetice po stimulaci, ale v množství nižším než na CD4+ T buňkách. Povrchová exprese RANK je přítomna na všech dendritických buňkách. Interakce mezi RANKL na aktivovaných T buňkách a RANK na dendritických buňkách má vliv na přežívání dendritických buněk. RANKL zvyšuje antigen-specifickou primární T buněčnou odpověď. RANKL může indukovat v dendritických buňkách tvorbu mnoha cytokinů jako je Il-1, Il-6, Il-12, Il-15. Signalizace RANKL-RANK z T buněk na DC nemá vliv na expresi povrchových molekul MHC třídy II, CD 80, CD 86, CD 54. Zdá se, že RANKL má roli v odpovědi paměťových T buněk (73–76).

OPG je také možno identifikovat na povrchu DC buněk, kde váže molekulu z rodiny TNF TRAIL, která je produkována aktivovanými T buňkami, a která je zodpovědná za apoptózu DC buněk. Zdá se, že rovnováha mezi RANKL a TRAIL, které jsou oba produkovány aktivovanými T buňkami, mají vliv na přežívání DC buněk a OPG může modifikovat tento stav. Zdá se, že RANKL, RANK, OPG mají vliv na některé funkce lymfocytů a DC buněk, nemají však nezastupitelnou roli pro funkci těchto buněk, která by nemohla být zastoupena jinými molekulami.

Také další cytokiny regulují osteoklastogenezi. Il4 ruší osteoklastogenezi, zatímco členové TGF rodiny umocňují RANKL indukovanou osteoklastogenezi. M-CSF je klíčový pro proliferaci a přežití osteoklastických prekurzorových buněk, stejně tak jako pro makrofágy. M-CSF zprostředkuje RANKL indukovanou přeměnu prekurzorových buněk do osteoklastické řady (62, 63).

TNF alfa hojně se vyskytující v místech zánětlivých kostních erozí je velmi silným akcelerátorem osteoklastogeneze. Dokáže zvýšit expresi RANK na prekurzorových buňkách, z toho vyplývá synergie signalizace RANKL-RANK a TNF alpha-TNFR.

Kostní remodelace, ztráta kosti jsou kontrolovány osou RANKL-RANK-OPG. RANKL je také produkován T buňkami po antigenním stimulu. Tyto T buňky se mohou podílet také na vývoji a aktivaci osteoklastů. V buněčné kultuře prekurzorových hematopoetických buněk kostní dřeně bylo zjištěno, že aktivované CD4+ T buňky mohou indukovat osteoklastogenezi, která může být blokována přidáním OPG a není závislá na cytokinech produkovaných T buňkami, jako jsou Il-1 a TNFalpha, které také mohou zvyšovat RANKL. Imunitní buňky se tedy účastní kostního metabolismu jak ve zdraví, tak v přítomnosti zánětlivých nebo autoimunitních onemocnění jako je revmatoidní atritida (84).

Exprese RANKL a OPG je ovlivněna sexuálními hormony. Z toho mohou vyplývat rozdíly v imunitních reakcích obou pohlaví a autoimunitních onemocněních s preferencí jednoho pohlaví jako je revmatoidní artritida u žen (77, 78).

Klíčovou úlohu v regulaci RANKL/OPG hraje parathormon PTH. PTH indukuje přechodný nárůst exprese RANKL v osteoblastech, ale je schopen indukovat jak katabolický, tak anabolický proces, což závisí na způsobu podání: intermitentní oproti kontinuálnímu. Tyto dva způsoby vedou k odlišné expresi RANKLu osteoblasty (183, 184).

Poslední studie prokázaly vliv RANKL-RANK na rozvoj AIRE+ epiteliálních buněk thymu. AIRE (autoimunitní regulátor), transkripční faktor. Mutace AIRE vede k rozvoji multiorgánové autoimunitní reakce. RANK signalizace má tedy jednu z klíčových úloh v regulaci centrální tolerance (79, 80).

Revmatoidní artritida RA je chronické auto­imunitní onemocnění, které postihuje 1–2 % populace. Jde o chronický zánět synoviálních kloubů, progresivní destrukci chrupavky a kosti, pro pacienta představuje trvalé kruté bolesti, toto onemocnění vede k invalidizaci, zhoršení kvality života a zkrácení jeho délky (85–88). Zdá se, že RANKL hraje klíčovou úlohu při vzniku erozí u pacientů s RA. T buňky v prostředí kloubního zánětu produkují velká množství prozánětlivých cytokinů, přesto inhibice RANKL cestou OPG nemá žádný vliv na tíži zánětlivé reakce. OPG pouze brání kostní ztrátě kortikální i trámčité, a vzniku erozí v postižených kloubech. Velmi důležitým momentem je destrukce chrupavčitých struktur, která vede ke kolapsu chrupavky. Není zcela jasné, zdali destrukce chrupavky probíhá nezávisle na kostní ztrátě, anebo jestli je destrukce subchondrální kosti nepřímo podmíněna zničením chrupavky. OPG může chrupavku před erozemi ochránit. RANKL-RANK jsou exprimovány na chondrocytech a přímo se účastní růstu a homeostázy chrupavky. Inhibice RANKL OPG může předejít destrukci chrupavky, kritickému a nevratnému momentu v patogenezi artritidy. Exprese RANKL je přítomna u zánětlivých buněk izolovaných ze synoviální tekutiny pacientů s RA a JIA, také pacientů s artrózou, zatímco OPG nebyl přítomen. Exprese RANKLu je také zvýšena u synoviálních fibroblastů ze zánětem postižených kloubů, které tak mohou indukovat osteoklastogenezi. RANKL signalizace z T buněk a synoviocytů je hlavním mediátorem destrukce kosti u artritidy lidí. Inhibice RANKL u pacientů s revmatoidní artritidou nemá žádný efekt na samotný zánětlivý děj, ale brání kostní ztrátě a vzniku erozí. Tato zjištění zároveň vysvětlují kostní ztrátu u mnoha dalších onemocnění s chronickou aktivací imunitního systému, jako je leukemie, chronické infekce včetně hepatitidy C, HIV, autoimunitní choroby jako je diabetes mellitus, lupus erytematodes, alergie, astma, kostní metastázy. Kostní postižení může samo o sobě způsobit ireverzibilní změny, invaliditu, výrazné snížení kvality života a obrovské ekonomické náklady pro celou společnost. Inhibicí RANKL nelze u všech těchto onemocnění zasáhnout do progrese samotného onemocnění, ale výrazně zlepšit kvalitu života nemocných. Logicky přichází otázka: proč T buňky v našem těle, které jsou neustále aktivovány různými antigeny nepůsobí kostní ztrátu? Mechanismem, který může působit proti RANKL mediované resorpci indukované aktivovanými T lymfocyty je upregulace interferonu gamma v určitých subsetech T buněk. INF gamma blokuje RANKL indukovanou osteoklastogenezi cestou degradace TRAF 6. Dále T buňky uvolňují Il 12, který synergicky s Il 18 inhibuje formaci osteoklastů, dalším cytokinem s obdobným účinkem na osteoklastogenezi je Il-4. Určitá podskupina CD4+ T pomahačských buněk, konkrétně Th 17, které produkují Il-17, jsou zodpovědné za mnoho autoimunitních zánětlivých reakcí. Il-17 je potentní induktor exprese RANKL a vyskytuje se v synoviální tekutině pacientů s RA. Th17 jsou klíčovými mediátory kostní destrukce u pacientů s RA: Tyto buňky stimulují lokální zánět cestou Il-17, expresí RANKL a indukcí exprese RANKL na osteoblastech a synoviálních fibroblastech, celkově tedy podporují vznik kostních erozí. Tento efekt Th17 je vyrovnáván působením Th1 a Th2 buněk, prostřednictvím jimi produkovaných INF.gamma a Il4. Tzn., že snaha ovlivnit Th 17 může být důležitý krok v prevenci vzniku kostních erozí asociovaných s kostní destrukcí aktivovanou T buňkami u RA (89–102).

Exprese RANKL v kůži má vliv na počet regulatorních T buněk (Tregs). Tregs udržují imunologickou autotoleranci a tlumí excesivní reakci vůči vlastním antigenům u autoimunitních reakcí nebo alergií. Kůže je zdrojem vitaminu D3, což je klíčový spouštěč exprese RANKL v průběhu osteo­klastogeneze. RANKL je exprimován i v kožních keratinocytech, kde jeho množství výrazně narůstá po UV ozáření. UV záření prostřednictvím upregulace RANKL v keratinocytech vede k aktivaci exprese RANK lymfatickými buňkami cestou RANKL-RANK interakce. RANKL aktivuje lymfatické buňky, preferenčně Tregs, což vede k supresi imunitní reakce v kůži i jiných tkáních (81–83).

Denosumab

Teprve krátkou dobu máme možnost používat v léčbě osteoporózy nový preparát, který cíleně zasahuje do procesu kostní remodelace, a to ve smyslu útlumu resorpce kosti. Jeho použití je tedy nejefektivnější v případě vystupňované resorpce kosti, která není následována adekvátně zvýšenou novotvorbou. Je to zejména případ postmenopauzální osteoporózy a případ mužů léčených androgen deprivační terapií pro nemetastazující karcinom prostaty, která u těchto mužů vyvolává prudký nárůst kostní resorpce, vedoucí k rychlé a výrazné ztrátě kostní hmoty, vedoucí k nárůstu rizika zlomenin. Nový preparát denosumab je plně humánní monoklonální IgG2 protilátka proti RANKLu. Tento lék je prvním reprezentantem biologického léku v oblasti léčby osteoporózy, neboť je to protilátka proti členu superrodiny TNF alfa ligandů a receptorů. Po navázání Denosumabu na RANKL v metabolicky aktivních oblastech kostních povrchů dochází k inhibici diferenciace a aktivace osteoklastů, tedy k inhibici osteoresorpce, což má za následek snížení abnormálně zvýšené resorpce, snížení úbytku kostní hmoty a s ním spojeného nárůstu rizika nových zlomenin.

Účinek denosumabu byl prokázán v mnoha klinických studiích. Nejprve byl denosumab jednorázově aplikován 49 postmenopauzálním zdravým ženám. Toto podání vedlo k rychlému a hlubokému, na dávce závislému poklesu kostní resorpce. Tento efekt přetrvával téměř 6 měsíců. Pokles novotvorby nastal přibližně po měsíci od podání léku.

V další klinické studii byl denosumab podáván 412 postmenopauzálním ženám se sníženou hodnotou denzity kostního minerálu (T-skóre bederní páteře -1,8 až -4,0 SD, T-skóre total hip -1,8 až -3,5 SD). Tato studie byla randomizovaná, multicentrická, placebem kontrolovaná, s větví srovnání oproti aktivnímu komparátoru. Randomizace proběhla do několika dávkovacích režimů: jedenkrát za 3 měsíce byla podávána dávka 6 mg, 14 mg + mg; a 30 mg; jedenkrát za 6 měsíců byla podána dávka 14mg, 60 mg, 100 mg, 210 mg. Aktivním komparátorem v jedné větvi byl alendronát podávaný jedenkrát týdně perorálně v dávce 70 mg. Po roce léčby došlo u žen léčených denosumabem k nárůstu hodnot BMD (denzita kostního minerálu, bone mineral density) v oblasti bederní páteře o 3,0–6,7 %, v oblasti proximálního femuru o 1,9–3,6 %. U žen v alendronátové větvi došlo k nárůstu hodnot BMD v oblasti bederní páteře o 4,6 %, v oblasti proximálního femuru o 2,1 %. V placebové větvi došlo k poklesu hodnot BMD ve všech měřených lokalitách. Markery kostní resorpce klesly na minimum po 3 dnech od aplikace denosumabu a přetrvání tohoto účinku bylo na dávce závislé. I po extenzi této studie na 24 měsíců byly shledány obdobné výsledky. V dalším prodloužení této studie došlo k přerušení a znovuzavedení léčby Denosumabem u stejně definované skupiny postmenopauzálních žen. Ženy, které byly v předchozím průběhu studie léčené denosumabem v dvouleté extenzi dostaly subkutánně podaný Denosumab v dávce 60 mg jedenkrát za 6 měsíců, nebo jim byla léčba na 12 měsíců přerušena a následně na 12 měsíců znovuzavedena, nebo jim již léčba denosumabem nebyla podána. V nárůstu BMD profitovaly nejvíce ženy na kontinuální čtyřleté léčbě denosumabem, kdy nárůst BMD v oblasti bederní páteře byl 9,4–11,8%, v oblasti proximálního femuru 4,0–6,1 %. U pacientek, u kterých byla léčba definitivně ukončena došlo k poklesu hodnot BMD v oblasti bederní páteře o 6,6%, v oblasti proximálního femuru o 5,3%, a to již v průběhu prvních 12 měsíců od přerušení léčby. Znovuzahájení léčby pak vedlo k opětovnému nárůstu hodnot BMD oproti vstupním hodnotám. Markery kostní resorpce při přerušení léčby jevily tendenci k návratu k původním vstupním hodnotám, při opětovném zahájení léčby došlo opět k jejich supresi (103–107).

Pilotní zlomeninovou studií, která byla provedena s denosumabem byla studie FREEDOM (Fracture REduction Evaluation of Denosumab in Osteoporosis every 6 Moths). Další studií byla studie STAND (Study of Transitioning fron AleNdronate to Denosumab). V průběhu obou těchto studií byly provedeny kostní biopsie z lopaty kosti kyčelní. Ve studii FREEDOM byly vzorky odebrány po dvou nebo třech letech trvání léčby, ve studii STAND po 12 měsících léčby. Histomorfometrickou analýzou odebraných vzorků byla prokázána zcela normální mikroarchitektura trabekulární i kortikální kosti u pacientek léčených denosumabem. Byl prokázán signifikantní pokles resorpce i formace kosti oproti placebové větvi i oproti skupině léčené alendronátem (108, 109).

Vývoj humánní monoklonální protilátky proti RANKLu, denosumabu, představuje nový, vysoceúčinný přístup v prevenci fragilních osteoporotických fraktur, skeletálních komplikací malignit a kostních erozí u revmatoidní artritidy. RANKL je kromě osteoblastů, hojně produkován aktivovanými T buňkami a synoviocyty u RA, zatímco receptor RANK je také exprimován monocyto/makrofágy a dendritickými buňkami. V preklinických a klinických studiích s pacienty s RA, kteří mají určitý stupeň imunosuprese, RANKL inhibitory nemají signifikantní vliv na zánětlivý proces. V klinických studiích byla četnost infekcí, zhoubných onemocnění a úmrtí obdobná pro skupinu léčenou denosumabem a skupinu placebovou. Blokáda RANKL/RANK signalizace nevede k imunitní dysfunkci. Inhibice RANKLu nemá vliv na průběh zánětlivé reakce mediované T buňkami u RA.

Závěr

Chronická onemocnění spojená s postižením kostí, jako jsou revmatoidní artritida a osteoporóza postihují miliony lidí a představují obrovské ekonomické náklady na zdravotní a sociální péči. Je proto nutné přizpůsobit diagnostické a terapeu­tické procesy novým klinickým výsledkům. Díky výsledkům výzkumu v posledních letech se strategie léčby těchto onemocnění zaměřila směrem k třem molekulám z rodiny tumor necrosis factor TNF, kterými jsou receptor aktivátor NF-kapaB (RANK), jeho ligand RANKL a kompetitivní receptor pro RANKL, osteoprotegerin (OPG). Výzkum potvrdil centální roli těchto molekul v procesu diferenciace, funkce a přežívání osteoklastů. RANK-RANKL signální cesta nemá význam jen pro činnost osteoklastů, ale ovlivňuje mnoho dalších dějů. Má vliv na homeostázu kosti, je nezastupitelná v procesu formace lymfatických uzlin, mikroprostředí thymu, pro rozvoj prsní žlázy v průběhu gravidity. Zároveň je tato signální cesta ovlivňována mnoha dalšími faktory jak v prostředí kosti, tak systémově prostřednictvím různých působků a cytokinů. Ovlivnění signální cesty RANK-RANKL se zdá být slibné z hlediska možnosti léčby kostní ztráty u artritidy, kostních metastáz, osteoporózy a dalších (20). Z posledních výzkumů vyplývá, že i imunitní buňky mohou zasahovat do metabolismu kosti.

Objevení RANKL, jeho receptoru RANK, kompetitivního receptoru OPG jako klíčových regulátorů vývoje osteoklastů, jejich aktivace a zrání dalo příležitost k vývoji nových účinných léků. RANKL je produkován aktivovanými T buňkami, které tak mohou přímo indukovat osteoklastogenezi. Z těchto zjištění také vyplynulo částečné pochopení kostní ztráty asociované s onemocněními zahrnujícími imunitní systém.

MUDr. O. Růžičková

Revmatologický ústav

Na Slupi 4

128 50 Praha 2