אחדות פתופיזיולוגית של התפתחות אוסטאופורוזיס וטרשת עורקים בכלי הדם

במבנה התמותה של אוכלוסיית המדינות המפותחות, מחלות מערכת הדם תופסות את המקום המוביל. מחלות לב וכלי דם (יתר לחץ דם עורקי, מחלת לב איסכמית, אוטם שריר הלב), המבוססות על טרשת עורקים, מכונות בצדק מגפת המאה ה-21.

על פי ארגון הבריאות העולמי, למעלה מ-17 מיליון בני אדם מתים ממחלות לב וכלי דם מדי שנה בעולם, ועד שנת 2015 מספר המתים יעלה ל-20 מיליון. יחד עם זאת, אחד הגורמים המובילים לחוסר תפקוד ואובדן כושר עבודה באוכלוסייה הבוגרת הוא אוסטאופורוזיס (OP) - המחלה הידועה והנפוצה ביותר של מערכת השלד בעולם עם שכיחות הקשורה לגיל. אוסטאופורוזיס היא מחלת שלד פוליגנית רב-גורמית, שהיא הצורה הנפוצה ביותר של אוסטאופתיה מטבולית. המחלה מאופיינת באובדן מסת עצם, שיבוש המיקרו-ארכיטקטורה שלהן (הרס טרבקולות), ירידה בכוח ומלווה בסיכון גבוה לשברים.

שברים, שהחמורים שבהם הם שברים בצוואר הירך וברדיוס בשליש התחתון של האמה, הם הקובעים את המשמעות הרפואית והחברתית-רפואית של המחלה, כולל תמותה מוגברת והפסדים כלכליים משמעותיים הקשורים אליהם. הייחודיות של אוסטאופורוזיס היא שמחלה זו משפיעה בעיקר על קשישים וזקנים. עלייה משמעותית בשכיחות אוסטאופורוזיס, שנצפתה מאז המחצית השנייה של המאה ה-20, משקפת באופן טבעי את השינויים הדמוגרפיים המתרחשים באוכלוסייה ומתבטאים בהזדקנות האוכלוסייה בכל המדינות המתועשות בעולם. מחקרים אפידמיולוגיים רבים שנערכו לאחרונה בעולם ובאירופה מצביעים על מתאם חיובי בין מחלות לב וכלי דם לפתולוגיות של מערכת השלד. יחד עם זאת, מחברים רבים מקשרים אוסטאופורוזיס עם התקדמות טרשת עורקים, כולל הסתיידות של דפנות כלי הדם. אצל נשים עם שברים אוסטאופורוטיים נצפתה עלייה בשכיחות הסתיידות אבי העורקים והעורקים הכליליים, שחומרתה מתואמת עם ירידה בצפיפות המינרלים בעצם (BMD).

המחקרים של SO Song ועמיתיו חשפו קשר בין ירידה בצפיפות העצם (BMD) של עמוד השדרה ועצם הירך הפרוקסימלית לבין עלייה בתכולת הסידן בעורקים הכליליים על פי טומוגרפיה ממוחשבת של אלומת אלקטרונים (ELE). M. Naves ועמיתיו מצאו כי אצל נשים עם אוסטאופורוזיס לאחר גיל המעבר, ירידה בצפיפות העצם בסטיית תקן אחת ממסת העצם השיאית קשורה לעלייה בסיכון לתמותה כללית ב-43% ולמוות בטרם עת כתוצאה מפתולוגיה קרדיווסקולרית. מחקרים אחרים מצאו גם כי חולות עם ירידה בצפיפות העצם נוטות יותר לעלייה בריכוזי שומנים בדם, לפתח טרשת עורקים כלילית חמורה יותר ולהגביר משמעותית את הסיכון לשבץ ואוטם שריר הלב. הנתונים המוצגים מצביעים על כך שעלייה בשכיחות אוסטאופורוזיס, הסתיידות חוץ רחמית וטרשת עורקים אצל אותן חולות נובעת מבסיס פתוגנטי משותף. התפיסה שמחלות לב וכלי דם ואוסטאופורוזיס קשורות באמצעות סמנים המשפיעים בו זמנית על תאי כלי דם ותאי עצם נתמכה על ידי מחקרים ניסויים נרחבים.

מועמד לתפקיד של סמן כזה הוא החלבון אוסטאופוטגרין (OPG) שזוהה לאחרונה, השייך למשפחת קולטני גורם נמק הגידול והוא חלק ממערכת הציטוקינים RANKL-RANK-OPG.

[ 1 ], [ 2 ]

שיפוץ עצם ותפקיד מערכת rankl-rank-opg

אוסטאופורוזיס היא מחלה המבוססת על תהליכים של הפרעות שיפוץ עצם עם ספיגת עצם מוגברת וירידה בסינתזת עצם. שני תהליכי היווצרות רקמת העצם קשורים זה בזה באופן הדוק והם תוצאה של אינטראקציה תאית של אוסטאובלסטים (OB) ואוסטאוקלסטים (OC), שמקורם בתאי קדם של שורות תאים שונות: אוסטאובלסטים - מתאי גזע מזנכימליים, אוסטאוקלסטים - מתאים מקרופאגים-מונוציטיים של מח העצם. אוסטאובלסטים הם תאים חד-גרעיניים המעורבים בתהליך היווצרות העצם והמינרליזציה של תאי מטריצת העצם. אוסטאובלסטים ממלאים תפקיד מהותי בוויסות שיפוץ העצם ובוויסות הפעילות המטבולית של תאי רקמת עצם אחרים. הם מפרישים מספר חומרים פעילים ביולוגית, שבאמצעותם הם משפיעים על תהליך ההתבגרות של תא קדם האוסטאוקלסט, והופכים אותו לתא רב-גרעיני גדול המסוגל להשתתף בספיגה, כלומר, ספיגת רקמת עצם, הפועל רק על עצם שעברה מינרליזציה, מבלי לשנות את המטריצה העצמית של רקמת העצם.

הבשלה והתמיינות של אוסטאובלסטים מתבצעות תחת השפעת גורמים ספציפיים שונים המשפיעים על תהליך התעתוק, שהחשוב שבהם הוא החלבון Cbfal (core-binding factor oil; ידוע גם בשם runt related transcription factor 2; RUNX2). בעכברים עם חסר ב-Cbfal/RUNX2, נצפית האטה משמעותית בתהליך יצירת העצם, ולא נצפית הבשלה של תאי OB. לעומת זאת, מתן Cbfal רקומביננטי לבעלי חיים גורם לביטוי של גנים הטבועים באוסטאובלסטים בתאים שאינם אוסטאוגניים. התפקיד המשמעותי שממלא Cbfal/RUNX2 בהתמיינות ובהבשלה של אוסטאובלסטים מתבטא גם ביכולתו של החלבון לווסת את תפקודם של גנים רבים המעורבים בסינתזה של חלבוני רקמת עצם: קולגן מסוג 1, אוסטאופונטין (OPN), אוסטאוקלצין וסיאלופרוטאין. הגדילה והיכולת התפקודית של ה-OB מושפעות גם מגורמים פרקריניים ו/או אוטוקריניים המווסתים את פעילות תהליכי התעתוק התוך-גרעיניים, סינתזה של OPN ואוסטאוקלצין. אלה כוללים מספר גורמי גדילת תאים, מווסתי ציטוקינים וחומרים פעילים ביולוגית הורמונליים. ההנחה כי ההפעלה והוויסות של שיפוץ רקמת העצם הן תוצאה של האינטראקציה בין אוסטאובלסטים ואוסטאוקלסטים אושרה במחקרים רבים. התקדמות משמעותית בהבנת תהליכי שיפוץ העצם הושגה עם גילוי מערכת הציטוקין RANKL-RANK-OPG, אשר ממלאת תפקיד מפתח ביצירתם, התמיינותם ופעילותם של אוסטאוקלסטים. גילוי מערכת זו הפך לאבן הפינה להבנת הפתוגנזה של אוסטאופורוזיס, אוסטאוקלסטוגנזה וויסות ספיגת העצם, כמו גם תהליכים אחרים המעורבים בשיפוץ עצם מקומי. ויסות האוסטאוקלסטוגנזה מתבצע בעיקר על ידי שני ציטוקינים: ליגנד RANKL (receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand) ו-OPG על רקע הפעולה המתירנית של גורם מגרה מושבות מקרופאגים (M-CSF).

RANKL הוא גליקופרוטאין המיוצר על ידי תאים אוסטאובלסטיים, לימפוציטים מסוג T מופעלים, השייך למשפחת העל של ליגנדים של גורם נמק הגידול (TNF) והוא הגירוי העיקרי להתבגרות אוסטאוקלסטים. את הבסיס המולקולרי של אינטראקציות בין-תאיות הכרוכות במערכת RANKL-RANK-OPG ניתן לייצג באופן הבא: RANKL המתבטא על פני השטח של אוסטאובלסטים נקשר לקולטן RANK הממוקם על ממברנות תאי OC ומעורר את תהליך ההתמיינות וההפעלה של אוסטאוקלסטים. בו זמנית, תאי גזע מח עצם ותאי גזע של אוסטאוקלסט משחררים M-CSF. גורם גדילה פוליפפטידי זה, המקיים אינטראקציה עם הקולטן הטרנסממברני בעל הזיקה הגבוהה שלו (c-fms), מפעיל טירוזין קינאז תוך תאי, ומגרה התפשטות והתמיינות של תאי אוסטאוקלסט. הפעילות הפרוליפרטיבית של M-CSF עולה משמעותית כאשר אוסטאוקלסט נחשף להורמון פאראתירואיד, ויטמין D3, אינטרלוקין 1 (IL-1), TNF, ולהפך, יורד תחת השפעת אסטרוגנים ו-OPG. אסטרוגנים, המקיימים אינטראקציה עם קולטני OB תוך תאיים, מגבירים את הפעילות הפרוליפרטיבית והתפקודית של התא, ובמקביל מפחיתים את תפקוד האוסטאוקלסטים ומגרים את ייצור ה-OPG על ידי אוסטאובלסטים. OPG הוא קולטן מסיס עבור RANKL, המסונתז ומשתחרר על ידי תאים אוסטאובלסטיים, כמו גם תאים סטרומה, תאי אנדותל כלי דם ולימפוציטים מסוג B. OPG פועל כקולטן פיתיון אנדוגני עבור RANKL, חוסם את האינטראקציה שלו עם הקולטן שלו (RANK), ובכך מעכב את היווצרותם של תאי אוסטאוקלסט רב-גרעיניים בוגרים, משבש את תהליך האוסטאוקלסטוגנזה ומפחית את פעילות ספיגת רקמת העצם. RANKL, המסונתז ומשתחרר על ידי תאי OB, הוא גורם ספציפי הנחוץ להתפתחות ותפקוד של OC. RANKL מקיים אינטראקציה עם הקולטן הטרופי שלו RANK על הממברנה של תא OC (קודמן נפוץ לאוסטאוקלסטים ומונוציטים/מקרופאגים), מה שמוביל לטרנספורמציות גנומיות מפל תוך תאיות. RANK משפיע על גורם קאפה-B (NF-kB) דרך החלבון TRAF6 הקשור לקולטן, אשר מפעיל ומעביר את NF-kB מהציטופלזמה לגרעין התא.

הצטברות של NF-kB מופעל מגבירה את הביטוי של חלבון NFATcl, שהוא טריגר ספציפי שמתחיל את תהליך התעתוק של גנים תוך-תאיים היוצרים את תהליך האוסטאוקלסטוגנזה. האוסטאוקלסט הממוין תופס מיקום מסוים על פני העצם ומפתח שלד ציטוס ייעודי המאפשר לו ליצור חלל ספיגה מבודד, מיקרו-סביבה בין אוסטאוקלסטים לעצם. קרום ה-OC הפונה לחלל שנוצר על ידי התא יוצר קפלים רבים, מקבל מראה גלי, מה שמגדיל משמעותית את פני השטח של הספיגה. המיקרו-סביבה של חלל הספיגה שנוצר מחומצנת על ידי שאיבה אלקטרוגנית של פרוטונים לתוכה. רמת החומציות התוך-תאית של ה-OC נשמרת בהשתתפות אנהידראז פחמני II באמצעות חילופי יוני HCO3/Cl דרך הממברנה האנטי-ספיגה של התא. כלור מיונן חודר לחלל המיקרו-ספיגה דרך תעלות האניונים של קרום הספיגה הגלי, וכתוצאה מכך ה-pH בחלל מגיע ל-4.2-4.5. הסביבה החומצית יוצרת תנאים לגיוס פאזת המינרלים של העצם ויוצרת תנאים אופטימליים לפירוק המטריצה האורגנית של רקמת העצם בהשתתפות קטפסין K, אנזים המסונתז ומשוחרר לחלל הספיגה על ידי "שלפוחיות החומצה" של OK. ביטוי מוגבר של RANKL מוביל ישירות להפעלת ספיגת העצם ולירידה בצפיפות העצם השלדית. הכנסת RANKL רקומביננטי הובילה להתפתחות היפרקלצמיה עד סוף היום הראשון, ובסוף היום השלישי - לאובדן משמעותי של מסת העצם וירידה בצפיפות העצם. האיזון בין RANKL ל-OPG קובע למעשה את כמות העצם הנספגת ואת מידת השינוי בצפיפות העצם. ניסויים בבעלי חיים הראו כי ביטוי מוגבר של OPG בעכברים מוביל לעלייה במסת העצם, אוסטאופטרוזיס, ומאופיין בירידה במספר ובפעילות של אוסטאוקלסטים. לעומת זאת, כאשר הגן OPG כבוי, נצפית ירידה בצפיפות העצם (BMD), עלייה משמעותית במספר האוסטאוקלסטים הבוגרים והרב-גרעיניים, ירידה בצפיפות העצם והופעת שברים ספונטניים בחוליות.

מתן תת-עורי של OPG רקומביננטי לעכברים במינון של 4 מ"ג/ק"ג/יום למשך שבוע החזיר את מדדי צפיפות העצם (BMD). במודל של דלקת פרקים אדג'ובנטית בחולדות, מתן OPG (2.5 ו-10 מ"ג/ק"ג/יום) למשך 9 ימים בשלב הראשוני של התהליך הפתולוגי חסם את תפקוד RANKL ומנע אובדן מסת עצם וסחוס. הניסויים מצביעים על כך שתפקיד ה-OPG מורכב בעיקר בהפחתה או "כיבוי" משמעותי של ההשפעות הנגרמות על ידי RANKL. כיום, התברר כי שמירה על הקשר בין RANKL ל-OPG היא תנאי חשוב לשמירה על האיזון בין ספיגת עצם להיווצרותה. הצימוד של שני תהליכים אלה, הריכוזים היחסיים של RANKL ו-OPG ברקמת העצם קובעים את הגורמים העיקריים למסת עצם וחוזקה. מאז גילוי מערכת RANKL-RAMK-OPG כנתיב הסופי להיווצרות והתמיינות של אוסטאוקלסטים, חוקרים רבים אישרו את התפקיד המוביל של מנגנון תאי ומולקולרי זה בפתוגנזה של אוסטאופורוזיס.

תפקיד מערכת הציטוקינים rankl-rank-opg בתהליך הסתיידות כלי הדם

ההנחה בדבר קיומו של בסיס פתוגנטי משותף לאוסטאופורוזיס וטרשת עורקים, דמיון מסוים בין מנגנוני התפתחות אוסטאופורוזיס והסתיידות כלי הדם, מאושרת על ידי תצפיות ניסיוניות וקליניות רבות. הוכח כי לרקמות העצם והכלי הדם יש תכונות זהות רבות הן ברמה התאית והן ברמה המולקולרית. רקמת העצם ומח העצם מכילים תאי אנדותל, פרה-אוסטאובלסטים ואוסטאוקלסטים - נגזרות של מונוציטים, בעוד שכולם גם מרכיבים נורמליים של אוכלוסיות התאים של דופן כלי הדם. גם רקמת העצם וגם דופן כלי הדם העורקיים, בתנאי תהליך טרשת עורקים, מכילים OPN, אוסטאוקלצין, חלבון עצם מורפוגנטי, חלבון Gla במטריצה, קולגן מסוג I, ושלפוחיות במטריצה. בפתוגנזה של טרשת עורקים ו-OP, מונוציטים מעורבים בהתמיינות למקרופאגים עם ציטופלזמה מוקצפת בתוך דופן כלי הדם ולאוסטאוקלסטים ברקמת העצם. בדופן כלי הדם ישנם אלמנטים תאיים המתמיינים לאוסטאובלסטים בהתאם לשלבי היווצרות OB העצם, ומייצרים את המרכיב המינרלי של העצם.

חשיבות מהותית היא העובדה שמערכת הציטוקינים RANKL-RANK-OPG, היוזמת אוסטאובלסטוגנזה ואוסטאוקלסטוגנזה ברקמת העצם, גורמת, בין היתר, להתמיינות של אוסטאובלסטים ו-OC, כמו גם לתהליך מינרליזציה של דופן כלי הדם. בין מרכיבי מערכת זו, המצביעים ישירות על קיומו של קשר בין אוסטאופורוזיס לטרשת עורקים, OPG מושך את תשומת ליבם הרבה ביותר של חוקרים. ידוע ש-OPG מתבטא לא רק על ידי תאי רקמת עצם, אלא גם על ידי תאים קרדיווסקולריים: שריר הלב, תאי שריר חלק של עורקים וורידים, ותאי אנדותל כלי דם. OPG הוא מווסת הסתיידות כלי דם, אשר אושר בעבודה הניסויית של S. Moropu ואחרים, שבוצעה על עכברים ובעלי חיים שלמים עם שיבוש/היעדר הגן המספק ביטוי OPG. נמצא כי עכברים עם יכולת לקויה לסנתז OPG (OPG-/-), בניגוד לקבוצת הביקורת של בעלי חיים, מראים הפעלה של תהליך הסתיידות העורקים בשילוב עם התפתחות אוסטאופורוזיס ושברים מרובים בעצמות. להיפך, החדרת הגן המסנתז אותו לבעלי חיים עם ביטוי לא מספק של OPG תרמה לדיכוי הן של תהליך ספיגת העצם והן של הסתיידות כלי הדם.

דלקת ממלאת תפקיד מפתח בכל שלבי התפתחות טרשת עורקים, מלווה בעלייה משמעותית בריכוז סמני הדלקת בפלזמת הדם - ציטוקינים (אינטרלוקין-1, α-TNF), אשר בתורם גורמים לספיגת עצם. בהתאם לאופי הדלקתי של התפתחות טרשת עורקים, הביטוי והשחרור של OPG לזרם הדם ולרקמות הסובבות אותו על ידי תאי אנדותל ותאי שריר חלק בכלי הדם מתבצעים תחת השפעת הגורמים הפרו-דלקתיים שהוזכרו לעיל. שלא כמו תאי סטרומה, תאי אנדותל ורקמת שריר חלק בכלי הדם אינם מגיבים לשינויים בתכולת ויטמין D3 או הורמון פרתירואיד (PTH) בפלזמת הדם על ידי הגברת הסינתזה והשחרור של OPG. OPG מונע הסתיידות אקטופית הנגרמת על ידי ויטמין D3 בכלי הדם, ובמקביל מגדיל את תכולת ה-OPN, חלבון המטריצה הלא-קולגני העיקרי של העצמות, הפועל כמעכב מינרליזציה של כלי הדם וכגורם מפעיל לסינתזה ושחרור של OPG על ידי תאי אנדותל ושריר חלק. OPN, המעכב את תהליך היווצרות מטריצת ההידרוקסיאפטיט (in vitro) והסתיידות כלי הדם (in vivo), מסונתז ומשתחרר בריכוזים גבוהים מספיק על ידי תאי שריר חלק במדיום דופן כלי הדם ועל ידי מקרופאגים באינטימה. סינתזת OPN מתרחשת באזורים עם מינרליזציה דומיננטית של דופן כלי הדם ומווסתת על ידי גורמים מעודדי דלקת ואוסטאוגניים. יחד עם אינטגרין avb3, המסונתז על ידי תאי אנדותל באתרי טרשת עורקים, OPN גורם להשפעה התלויה ב-NF-kB של OPG על שמירה על שלמות תאי האנדותל. לפיכך, ריכוזי OPG המוגברים בפלזמה ובכלי הדם הנצפים במחלות לב וכלי דם עשויים להיות תוצאה של פעילות תאי אנדותל הן בהשפעת סמנים דלקתיים והן כתוצאה ממנגנון OPN/avb3-HHTerpnHOBoro.

הפעלת NF-kB במקרופאגים של דופן העורקים וב-TC היא גם אחד המנגנונים החשובים המקשרים בין אוסטאופורוזיס לטרשת עורקים. פעילות מוגברת של NF-kB מתרחשת כתוצאה מפעולת ציטוקינים המשתחררים על ידי תאי T מופעלים באינטימה של כלי הדם, מה שתורם לעלייה בפעילות של סרין/תראונין קינאז (Akt, חלבון קינאז B), גורם חשוב לתפקודם של, קודם כל, תאי אנדותל כלי דם.

נקבע כי כתוצאה מפעילות מוגברת של חלבון קינאז B, נצפית גירוי של eNOS וסינתזה מוגברת של תחמוצת החנקן (NO), המעורבת במנגנון שמירה על שלמות תאי האנדותל. בדומה ל-OPG, הסינתזה והשחרור של RANKL על ידי תאי האנדותל מתבצעים תחת השפעת ציטוקינים דלקתיים, אך לא כתוצאה מפעולת ויטמין D3 או PTH, המסוגלים להגביר את ריכוז RANKL בתאי OB או סטרומה.

העלייה בריכוז RANKL בכלי הדם העורקיים והורידיים מושגת גם כתוצאה מההשפעה המעכבת של גורם הגדילה המתמיר (TGF-Pj) על תהליך ביטוי OPG, שתכולתו מצטמצמת משמעותית תחת השפעת גורם זה. יש לו השפעה רב-כיוונית על תכולת RANKL בעצם ובכלי הדם: ברקמת העצם, TGF-Pj מקדם את הביטוי של OPG OB, וכתוצאה מכך, OPG, הקושר ל-RANKL, מפחית את ריכוזו ואת פעילות האוסטאוקלסטוגנזה שלו. בדפנות כלי הדם, TGF-Pj מגביר את יחס RANKL/OPG, וכתוצאה מכך, תכולת RANKL, תוך אינטראקציה עם קולטן RANK שלו על פני קרומי תאי האנדותל בהשתתפות מערכות איתות תוך תאיות, מגרה אוסטאוגנזה של תאי כלי הדם, מפעילה את תהליך ההסתיידות, התפשטות ונדידת תאים, ועיצוב מחדש של המטריצה. תוצאת הקונספט החדש, המבוסס על ההבנה הנוכחית של המנגנון התאי והמולקולרי של שיפוץ עצם באוסטאופורוזיס ובתהליך טרשת העורקים, והבהרת התפקיד המוביל של מערכת הציטוקין RANKL-RANK-OPG ביישום מחלות אלו, הייתה הסינתזה של תרופה מדור חדש - דנוסומאב. דנוסומאב (Prolia; Amgen Incorporation) הוא נוגדן חד שבטי אנושי ספציפי בעל דרגת טרופיזם גבוהה ל-RANKL, החוסם את תפקודו של חלבון זה. מחקרים מעבדתיים וקליניים רבים קבעו כי דנוסומאב, המדגים יכולת גבוהה להפחית את פעילות RANKL, מאט ומחליש באופן משמעותי את מידת ספיגת העצם. כיום, דנוסומאב משמש כתרופה קו ראשון, יחד עם ביספוספונטים, בחולים עם אוסטאופורוזיס סיסטמית למניעת שברים בעצמות. במקביל, ס. הלס ועמיתיו קבעו את ההשפעה המעכבת של דנוסומאב על יכולתו של RANKL ליישם את תהליך הסתיידות כלי הדם. לפיכך, הנתונים שהתקבלו פותחים אפשרויות חדשות להאטת התקדמות האוסטאופורוזיס וטרשת עורקים בכלי הדם, מניעת התפתחות סיבוכים קרדיווסקולריים באוסטאופורוזיס, ושמירה על בריאותם וחייהם של החולים.

ש. סגלובסקי, ריכטר. אחדות פתופיזיולוגית של התפתחות אוסטאופורוזיס וטרשת עורקים של כלי דם // כתב עת רפואי בינלאומי - מס' 4 - 2012