REVISIONES

 

Osteoclastos: mucho más que células remodeladoras del hueso

Osteoclasts: much more than bone remodelling cells

 

 

Arboleya L.¹ y Castañeda S.²

¹ Hospital Universitario Central de Asturias - Oviedo
² Hospital Universitario de la Princesa - IIS-Princesa - Madrid

Dirección para correspondencia

 

 

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RESUMEN

El osteoclasto ha sido considerado clásicamente como una célula con una función exclusivamente remodeladora del hueso, de comportamiento gregario. Sin embargo, los avances que se han ido produciendo en los últimos años han ido cambiando drásticamente este concepto y, en el momento actual, sabemos que esta célula multinucleada está sometida a una compleja regulación biológica, necesaria para ejercer un papel multifuncional de dimensiones desconocidas.
Además de su participación como la única célula capaz de reabsorber la matriz ósea calcificada, el osteoclasto forma parte de los elementos celulares efectores del sistema inmunitario, una función aún poco conocida pero esperable dada su pertenencia a la estirpe monocito-macrofágica. También comienza a ser conocido su papel en otros procesos, tanto locales, como elemento colaborador en la osteoformación y mantenimiento del nicho de células madre hematopoyéticas, como sistémicos.
En la presente revisión se analizan los hallazgos más destacados que se han producido en el conocimiento de la biología del osteoclasto, con un contenido eminentemente práctico y un enfoque dirigido a conocer las posibles dianas moleculares que van a permitir mejorar el abordaje terapéutico de enfermedades tan relevantes como la osteoporosis, la artritis o el cáncer.

Palabras clave: osteoclastos, osteoporosis, artritis, RANKL.

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SUMARY

The osteoclast has been considered classically as a cell with the exclusive function of bone remodelling, with a gregarious behaviour.
However, advances which have been made in recent years have changed this concept drastically, and we now know that this multinuclear cell is subject to complex biological regulation, necessary for it to exert a multifunctional role of unknown dimensions.
In addition to its participation as the only cell capable of reabsorbing the calcified bone matrix, the osteoclast is one of the cellular elements effective in the immune system, a function still little-known but expected, given its belonging to the monocyte-macrophage lineage. Its role in other processes, both local, such as as a collaborative element in osteoformation and hematopoietic stem cell niche maintenance, and systemic, is also beginning to be understood.
In this review the most significant findings contributing to our understanding of the biology of the osteoclast are analysed, with an eminently practical content and an approach aimed at understanding the possible molecular targets which will allow a better therapeutic treatment of such important diseases as osteoporosis, arthritis or cancer.

Key words: osteoclasts, osteoporosis, arthritis, RANKL.

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Introducción

Los osteoclastos (OC), como únicas células capaces de extraer la matriz calcificada del hueso, son los protagonistas de la delicada tarea de disolver los cristales de fosfato cálcico y digerir el colágeno, a través de estructuras altamente especializadas¹. Su papel patogénico en la inducción de la excesiva resorción ósea observada en procesos patológicos como la osteoporosis², la artritis³ o el cáncer⁴ es esencial. Los destacados avances que se han producido desde el comienzo del nuevo siglo nos han permitido conocer los mecanismos íntimos que regulan la formación, actividad y supervivencia del OC, abriendo nuevas posibilidades para el diseño de fármacos con acción más específica que los previamente existentes.

En los últimos años, el esfuerzo científico dedicado a conocer la compleja maquinaria resortiva ha crecido de forma exponencial, obteniéndose grandes avances a través de tres líneas principales de investigación: 1) estudio de una serie de enfermedades genéticas, relacionando los fenotipos observados con la disfunción detectada; 2) estudios experimentales basados en la creación de modelos animales con un determinado gen anulado o sobre-expresado; y 3) mediante la obtención de precursores y células maduras en cultivo, analizando sus respuestas a diversos estímulos. Teniendo en cuenta la importancia fundamental del OC en la patogenia de enfermedades tan relevantes como la artritis, osteoporosis y cáncer, junto a la enorme cantidad de información surgida en el último lustro, consideramos necesario realizar una revisión que actualice el conocimiento en este campo tan relevante.

 

Características generales del osteoclasto

Los OC se localizan en la superficie interna de los túneles de Havers del hueso cortical, en las trabéculas de diámetro superior a 200 micras y en la pared externa de los huesos, bajo el periostio. Aunque se pueden encontrar precursores potenciales en la sangre periférica, bazo y médula ósea, las células maduras son muy raras fuera de las superficies óseas, excepto en situaciones patológicas, como en el caso de los tumores de células gigantes. En ausencia de situaciones específicas de alto remodelado, como ocurre en las metáfisis de los huesos largos en crecimiento o en enfermedades como el hiperparatiroidismo primario, los OC son una población escasa en el esqueleto ya que solamente comprenden el 1-2% de las células óseas. Tienen una vida media de 2 semanas y, en condiciones normales, después de este periodo sufren apoptosis⁵.

A pesar de su rareza en las muestras de tejido sin decalcificar, su morfología es característica cuando se activan, lo que permite reconocerlos fácilmente como estructuras multinucleadas fuertemente polarizadas, con una región basal de intercambio de señales externas y una zona unida a la matriz calcificada a través de una estructura denominada ribete en cepillo. Los OC se desplazan, mediante podosomas, sobre las superficies calcificadas, donde una sola célula puede labrar, de forma consecutiva, varias lagunas de Howship. Poseen una serie de características inmuno-histoquímicas que facilitan su identificación, entre ellas la expresión de fosfatasa ácida resistente al tartrato (TRAP). Aunque se ha identificado mRNA de TRAP en otros tejidos, como el riñón, intestino y pulmón, así como en macrófagos activados, esta enzima continúa siendo un marcador osteoclástico fundamental cuya expresión aparece muy pronto, inmediatamente antes de que el OC mononuclear inicie los mecanismos de fusión, aumentando progresivamente desde las diferentes etapas post-fusión hasta la madurez.

Los OC pertenecen a la estirpe monocito-dendrítico-macrofágica, aunque, a diferencia de otros miembros de la progenie, poseen la capacidad de unión al hueso a través de integrinas αvβ3 que expresan en la superficie de podosomas y que tienen la propiedad de interaccionar con proteínas de la matriz, como la osteopontina y la vitronectina. Tras la señal de activación primaria, el OC multinucleado se polariza y se enfrenta a la superficie ósea a través de estructuras especializadas que se denominan ribete en cepillo, en cuyos extremos se encuentran las integrinas que se van a unir a la matriz produciéndose el sellado hermético de la laguna, un paso imprescindible para el intercambio de iones y proteasas necesario para la correcta resorción ósea.

La zona basolateral de la membrana no va a sufrir cambios morfológicos relevantes, pero va a jugar un papel mal conocido en la comunicación celular y en el transporte de iones. En el citoplasma osteoclástico, existe una alta actividad de anhidrasa carbónica II que provoca la disociación del ácido carbónico citosólico en protones (H⁺) y bicarbonato (HCO3^-), siendo este último intercambiado por cloro (Cl^-) mediante un canal específico, lo que permite la conservación del estado isoeléctrico intra-celular. El protón se dirige al ribete en cepillo, donde una bomba de protones dependiente de una ATPasa específica (H⁺-ATPasa) lo transporta a la laguna. En la vecindad de esta bomba se sitúa un canal iónico (canal de cloro 7, ClC7), que es un simple intercambiador de iones que utiliza el gradiente de voltaje para conseguir la energía necesaria para el transporte a través de la membrana. En concreto, este canal intercambia 2 Cl^- por 1 H⁺, y su función es muy relevante en los procesos de acidificación lisosómica en general⁶ y en la resorción ósea en particular.

La pérdida de función del ClC7 es una de las causas más frecuentes de osteopetrosis⁷ y constituye, junto a la bomba de protones, una interesante diana terapéutica⁸ por el momento limitada por sus acciones extraesqueléticas derivadas, sobre todo, del riesgo de producción de enfermedades lisosómicas⁹. En la laguna, mediante la unión de estos 2 iones, se forma ácido clorhídrico, que acidifica el medio y provoca la disolución de la hidroxiapatita y la liberación de calcio y fosfato, manteniendo a la vez la carga iónica citoplasmática en equilibrio. Por último, a través de los lisosomas, se segrega una cisteín-proteasa, la catepsina K, y una serie de metaloproteasas que, finalmente, van a provocar la disolución de la matriz orgánica. Los productos de degradación resultantes entran en el OC por endocitosis y son transportados a la región baso-lateral en vesículas ricas en TRAP y liberados al exterior por exocitosis.

 

Formación y activación de los osteoclastos

Los osteoblastos (OB), de origen mesenquimal, residen esencialmente en el tejido óseo y en la médula ósea adyacente. Sin embargo, los OC y sus precursores son una población altamente dinámica, y los mecanismos que controlan su migración y llegada a las superficies óseas han emergido recientemente como elementos fundamentales de la homeostasis esquelética. Los OC proceden de las células madre hematopoyéticas, las cuales van a dar lugar, a través de progenitores mieloides, a los monocitos circulantes y a los macrófagos tisulares¹⁰. El órgano diana va a definir las características finales de estas poblaciones celulares emitiendo diferentes señales que van a determinar sus diferentes cualidades morfológicas y funcionales: células de Küpffer en el hígado, macrófagos alveolares en el pulmón, microglía en el sistema nervioso central, histiocitos en el tejido conectivo, células dendríticas y macrófagos en órganos linfoides, y OC en el hueso. A pesar de que son conocidas muchas propiedades de estas células mieloides diferenciadas, fundamentalmente de su estructura y función tisular, los mecanismos íntimos que gobiernan su diferenciación y dinámica aún son muy poco conocidos.

Migración de los precursores

Se han detectado células de estirpe mononuclear con capacidad de diferenciación osteoclástica en la médula ósea y en el torrente sanguíneo^11,12. Aunque no se conoce si existe una población mononuclear específica precursora de OC, se sabe que determinadas subclases de monocitos circulantes y de células dendríticas, así como las células progenitoras de la línea monocito-macrofágica residentes en la médula ósea, tienen la capacidad de transformarse en OC si son sometidas a determinadas señales específicas¹³. Utilizando novedosas técnicas de fluorescencia que permiten visualizar el comportamiento celular in vivo, Kotani et al., han mostrado recientemente que los OC maduros situados en las superficies de resorción proceden de monocitos circulantes que migran a las citadas regiones óseas, donde sufren la fusión, polarización y desarrollo de los elementos del citoesqueleto que caracterizan a los OC activos¹⁴.

Las señales que atraen a la población precursora circulante hacia las superficies óseas comienzan a ser conocidas, constituyendo un interesante grupo de moléculas con interés terapéutico potencial. Estas células, que deben expresar el RANK en su membrana, van a ser atraídas hacia la médula ósea o las superficies quiescentes, donde, tras recibir la señal RANKL, se transformarán en OC maduros, polarizados y con el citoesqueleto característico. Esta señal principal procede de las células mesenquimales medulares, de las células del revestimiento o de los osteocitos situados en la profundidad de la matriz calcificada.

La señal RANKL es fundamental para la activación final del OC, aunque probablemente se ejecute únicamente en el órgano diana, existiendo señales que podríamos considerar "anteriores” que provocan la migración de los precursores desde la circulación sistémica. Hasta el momento se han identificado varias señales de reclutamiento, entre las que destaca la quimioquina CXCL12, altamente expresada en células estromales situadas en las regiones perivasculares de la médula ósea. Los precursores osteclásticos expresan el receptor de quimioquinas CXCR4, cuya unión a CXCL12 promueve el reclutamiento y supervivencia de los OC¹⁵. El eje CXCL12/CXCR4, se ha convertido en una diana de gran interés en Oncología^16,17 por su destacado papel en la conducta migratoria de las células tumorales, aunque teniendo en cuenta lo anterior, es muy probable que también participe en funciones como el remodelado óseo acelerado que se produce en la osteoporosis postmenopáusica, o en las diferentes formas de destrucción ósea que caracterizan a la artritis reumatoide.

Otro eje quimioquínico de interés es el protagonizado por CX3CL1 (fractalquina), expresada en osteoblastos, y su receptor, CX3CR1, expresado en OC, cuya acción podría también ser relevante en el reclutamiento de precursores¹⁸. No obstante, el diseño de moléculas pequeñas con actividad inhibidora de quimioquinas¹⁹ está encontrando serias dificultades debido a la toxicidad provocada por su escasa especificidad.

Otro grupo de moléculas con actividad reclutadora son los esfingolípidos bioactivos. Conocidos por su papel estructural en las membranas celulares, han adquirido relevancia adicional por ser los precursores de moléculas con fuerte capacidad quimiotáctica, como la esfingosina-1-fosfato (S1P) y la ceramida-1-fosfato (C1P)^20,21. Este último, con relevantes roles en la función y dinámica de otras poblaciones mieloides²², no parece intervenir en la migración de los OC, al no haberse identificado, hasta el momento, receptores asociados en estas células.

La S1P es el producto de la fosforilación de la esfingosina por dos kinasas, la esfingosina-kinasa 1 y 2, reacción que se activa en respuesta a diversos mediadores que incluyen varias citoquinas y hormonas. Tras su síntesis puede actuar a nivel intracelular o bien ser liberada al torrente sanguíneo, donde va a interaccionar con, al menos, 5 receptores acoplados a proteínas G, de los cuales S1PR1 y S1PR2 han sido identificados en precursores osteoclásticos^23,24. Tras la unión del S1P al receptor, este es rápidamente internalizado de manera muy similar a lo que ocurre con la unión del ligando al CXCR4, y, en el momento actual, se considera un factor muy relevante en la dinámica de células progenitoras hematopoyéticas y en el tráfico de células inmunes entre los órganos linfoides y los tejidos periféricos. Su papel en las enfermedades óseas comienza a ser conocido, habiéndose observado que las bajas concentraciones de S1P son quimiotácticas para los precursores osteoclásticos, mientras que las altas concentraciones tienen el efecto contrario. Los ratones S1PR2-null desarrollan osteopetrosis, mientras que en ratas ovariectomizadas, el antagonista de S1PR2, JTE013, frena la osteoporosis reduciendo el número de OC²⁴. Por el contrario, la ablación de S1PR1 osteoclástico provoca osteoporosis²⁵.

Estos hechos sugieren la existencia de un fino control de la migración osteoclástica, dependiente de un gradiente de S1P²⁶, que puede ser resumido de la siguiente manera: en el torrente sanguíneo existe una alta concentración de S1P, mientras que en el tejido óseo es más baja. Los OC esqueléticos, tras la activación de S1PR1, migrarían hacia la circulación sistémica, mientras que la activación de S1PR2 ejercería el efecto contrario, induciendo migración en sentido inverso y acúmulo de OC en el hueso. Estamos, por tanto, ante un sistema molecular de interés terapéutico^27-29, ya que el estímulo de S1PR1 o el bloqueo de S1PR2 provocan un efecto antirresortivo destacado en modelos murinos al provocar la salida o frenar la llegada de OC a los sitios de resorción, respectivamente.

Regulación de la diferenciación osteoclástica

La diferenciación osteoclástica es un proceso fuertemente regulado cuyo estudio ha estado limitado por la necesidad de utilizar cultivos mixtos de osteoblastos y OC para obtener células maduras³⁰. Desde el descubrimiento del RANKL, el avance en el conocimiento de estos mecanismos ha sido enorme, al hacer posible el cultivo de precursores osteoclásticos aislados en presencia de RANKL sin la necesidad de la interacción de otras células³¹. Es ampliamente conocido que los OC maduros son las únicas células del organismo capaces de reabsorber hueso³². No obstante, para conseguir desarrollar toda su maquinaria resortiva, los precursores osteoclásticos van a sufrir una profunda transformación, tras su llegada a las proximidades de las superficies mineralizadas, que se inicia con la intervención inicial del M-CSF y la expresión en su membrana del RANK (Figura 1). En el momento actual no se conoce el mecanismo por el que un subgrupo de precursores mononucleares multipotenciales va a expresar el RANK en su membrana y, como consecuencia de ello, a seguir la vía de diferenciación osteoclástica tras ser expuestos al RANKL³³.

 

 

a) Señal M-CSF

Tras la expresión inicial de PU-1, un factor de transcripción requerido para la generación de progenitores de las series linfoides y granulocito-macrofágicas, que actúa en fases muy tempranas de la diferenciación mieloide, se produce la expresión de c-Fms, el receptor del M-CSF que va a caracterizar a la población de precursores osteoclásticos primitiva^13,34. Tras su unión al ligando, el c-Fms, de forma similar a otros miembros de la superfamilia de receptores tirosina-kinasa, a la que pertenece, se fosforila y activa a la ERK (extracellular signal-regulated kinase) a través de GRB-2 (growth factor receptor bound protein 2) y a la AKT a través de Pl3K (phosphoinositide 3-kinase), provocando señales de proliferación celular. Además, mediante la activación del MITF (microphthalmia-associated transcription factor) se induce la expresión del Bcl-2 (anti-apoptotic B-cell leukaemia/lymphoma-associated gene 2) un factor esencial de supervivencia^35-38. Por último, se produce la expresión de RANK en la membrana de los precursores, lo que va permitir la acción del RANKL sobre estas células y su diferenciación hacia OC maduros de forma definitiva.

b) Señal RANKL

El RANK carece de actividad enzimática intrínseca en su dominio intracelular y debe transducir la señal del ligando mediante el reclutamiento de moléculas adaptadoras, entre ellas TRAF-6, GAB-2 (Grb-2-associated binder-2) y fosfolipasa C. Estos 2 últimos adaptadores no son indispensables en la fase inicial de la señal, pero si necesarios en una fase posterior de amplificación³⁹. Sin embargo, TRAF-6 es imprescindible para activar la señal distal, en la que están implicados el NFkB, el AP-1 y varias MAPK (mitogen-activated kinases), sobre todo JNK (Jun N-terminal kinase), p38 y ERK.

La activación de NF-κB es uno de los eventos moleculares más tempranos y cruciales que se producen tras la unión del ligando al RANK. El NFκB pertenece a una familia de factores de transcripción diméricos que, en la célula no activada, se mantienen secuestrados en el citoplasma por medio de su unión a proteínas inhibidoras denominadas IkB (inhibitors of the κκB kinase). La señal RANKL/RANK/TRAF6 provoca la proteolisis de estos inhibidores, lo que permite la translocación al núcleo del NFkB libre, donde se unirá a elementos de respuesta del DNA induciendo la transcripción de los genes diana⁴⁰. Esta vía de señal intracelular participa en la regulación de varios genes involucrados en las respuestas inmunitarias e inflamatorias, que producen citoquinas como IL-1, IL-2, IL-6, IL-12 y TNF, quimioquinas, interferones y proteínas antiapoptóticas, como BIRC2, BIRC3 Y BCL2L1. En humanos, la disregulación del NF-κB está asociada con varias enfermedades, como diabetes mellitus, Alzheimer, enfermedades autoinmunes, osteoporosis y artrosis, constituyendo una diana terapéutica potencial, limitada en parte debido a su inespecifidad⁴¹.

El RANK induce también la activación del NFATc1 (nuclear factor of activated T cells cytoplasmic 1), considerado actualmente el regulador master de la activación osteoclástica⁴². El NFATc1 pertenece a la familia de factores de transcripción NFAT, identificados inicialmente en extractos nucleares de linfocitos T activados⁴³. En estudios posteriores se demostró que su papel en la activación osteoclástica era relevante al observarse que las células precursoras monocito-macrofágicas de la médula estimuladas por RANKL presentaban una selectiva y marcada sobreexpresión de NFATc1⁴⁴. La activación de este factor es dependiente de NFkB y de c-Fms, probablemente en este orden⁴⁵.

c) Coestimulación y amplificación de la señal RANKL

De manera coordinada con la señal RANKL se han observado otras vías de transducción de señales inductoras de NFATc1 en el OC (Figura 2), cuyo papel podría ser determinante en estados patológicos⁴⁶. Se conocen al menos dos receptores Ig-like: el OSCAR⁴⁷ (osteoclast-associated receptor) y el TREM-2⁴⁸ (triggering receptor expressed in myeloid cells). Ambos están asociados con proteínas adaptadoras que contienen motivos ITAM (immunoreceptor tyrosine-based activation motifs) como las DAP-12 (DNAX-activation protein 12) o el FcRγ (Fc receptor common γsubunit). Aunque no se conoce con seguridad el ligando de estos receptores (recientemente el OSCAR se ha asociado con motivos específicos expresados en colágenos fibrilares)⁴⁹, cuando se activan se produce la fosforilación de los ITAM por tirosina-kinasas y, con la colaboración de otras moléculas, como BLNK (B cell linker protein) y SLP76 (Src homology 2 domain-containing leukocyte protein of 76 kD), van a provocan la activación de PLCγ2, contribuyendo a la amplificación de la señal RANK. No se conoce si estas vías son relevantes en estados fisiológicos, aunque en situaciones patológicas como la osteoporosis, la artritis o el cáncer es muy probable que su sobreactivación contribuya al estado de estimulación osteoclástica marcada que las caracteriza^47-52.

 

 

El NFATc1 es un regulador central de la activación osteoclástica, tanto en un sentido estimulador de la señal RANK como también en un sentido opuesto, al ser diana de diferentes moléculas que inhiben su expresión. En el sentido positivo, la expresión de NFATc1 inducida por RANK/NFkB/c-Fos es dependiente de la vía de señal p38. Otras señales, procedentes de receptores Ig-like asociados con factores adaptadores como FcRγ y DAP12, actúan de manera coordinada con las señales anteriores, a través del incremento transitorio de los niveles intracelulares de calcio, por mecanismos aun no aclarados que podrían implicar también a la PLCγ2, que van activar a la calcineurina. Este enzima defosforila al NFATc1 citosólico, lo que permite su translocación al núcleo, donde en concierto con el PU.1 y el MITF, va a activar a las regiones promotoras de varios genes que codifican moléculas esenciales para el funcionamiento osteoclástico como catepsina K, OSCAR, DC-STAMP, TRAP y V-ATPasa-d2. Además se produce el incremento de su propia síntesis, mediante un proceso de autoamplificación descrito en 2005 por Asagiri et al.⁴⁵ No obstante, estas vías secundarias de activación del NFATc1 son dependientes de la vía principal y, en ausencia de RANKL, no se produce el estímulo aislado de estos receptores, lo que conlleva a la ausencia de activación osteoclástica⁵³.

Para evitar la formación osteoclástica sin freno que se derivaría de la vía NFATc1, existe una serie de reguladores negativos que actúan sobre este factor, en general de forma indirecta a través de la señal proximal⁵⁴. Dentro del grupo de citoquinas, la IL-4 y la IL-13, productos de las células Th2, cumplen funciones pleitrópicas, entre las que se encuentra una potente acción antiosteoclástica que se ejecuta de manera dependiente de STAT-6 (signal transducer and activator of transcription 6) con el resultado final de inhibición de la expresión de NFATc1. Otras citoquinas, como la IL-10, la IL-27 o el IFN-γ inhiben la formación de OC desde los precursores o su activación, por mecanismos dependientes de la señal RANK/NFkB/NFATc1⁵⁵.

La activación de varios TLR (Toll like receptors) reduce la tasa de formación de OC maduros inducida por RANKL por mecanismos dependientes del IFN-β, aunque también se han observado mecanismos independientes. Por otro lado, la activación de TLR es uno de los inductores más potentes de citoquinas inflamatorias, como TNF e IL-1, que actúan sinérgicamente con RANKL en la producción de osteolisis inflamatoria en enfermedades como la artritis reumatoide o la enfermedad periodontal⁵⁶.

De manera resumida, podemos intuir que los TLR, como elementos clave de la inmunidad innata, tienen un papel antagónico fuertemente dependiente del contexto. Por un lado, al inicio de la respuesta inflamatoria, reducirían la transformación de precursores hacia OC con lo que incrementarían el pool de células disponibles para su transformación en macrófagos. Sin embargo, en una fase más avanzada, si su activación persiste de manera mantenida, actuarían como inductores de osteoclastogénesis de forma indirecta a través de citoquinas inflamatorias. La confirmación de esta atractiva hipótesis, constituiría, un elemento más que apoyaría la relevante participación del OC en la respuesta inmunitaria.

Existen otros factores que inhiben la formación o activación de los OC, además de los citados: citoquinas como TRAIL⁵⁷ (TNF-related apoptosis inducing ligand), IL-12 e IL-18⁵⁸, diferentes moléculas de señal intracelular, como SHIP1⁵⁹ (Src homology 2-containing inositol-5-phos phatase 1), NF-κB p100⁶⁰ y algunos componentes de la vía Notch⁶¹, diversos represores transcripcionales como MafB (v-maf musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene family protein B)⁶², C/EBPβ (CCAATenhancer-binding protein β)⁶³, IRF-8 (Interferon regulatory factor)⁶⁴, y BcL6 (B cell lymphoma)⁶⁵. Todas estas moléculas constituyen dianas terapéuticas de interés potencial, pero su análisis detallado supera el alcance de esta revisión.

d) Vías de activación osteoclástica independientes de RANKL

La señal RANKL es la más importante vía de activación osteoclástica y su anulación en modelos murinos provoca la desaparición completa de los OC, por lo que el papel de vías independientes de activación, a priori, parece poco relevante. Sin embargo, en 2005, Kim et al. demostraron que, en presencia de cofactores como TGF-β, los precursores hematopoyéticos de ratones null para RANKL, RANK y TRAF-6, conseguían diferenciarse a OC⁶⁶. Es evidente que el interés de este tópico es enorme, ya que podrían existir, al menos en circunstancias patológicas, vías de activación osteoclástica no canónicas que pudieran ser moduladas para obtener respuestas terapéuticas diferentes a la anulación completa del OC.

Dentro de la superfamilia del TNF, dada la homología estructural entre sus miembros, son varios los ligandos o receptores investigados. Uno de los más interesantes es el LIGHT (también conocido como TNFSF14 y CD258). Esta proteína transmembrana de tipo II, se expresa primariamente en células T activadas, células NK, células dendríticas y macrófagos, cumpliendo funciones biológicas claves en las respuestas inmunitarias adaptativa e innata a través de la homeostasis, diferenciación y activación de los linfocitos T⁶⁷. Se une a 3 receptores que comparten similitud estructural en su tallo citoplasmático: TNFRSF14/HVEM (herpes virus entry mediator), LT-βR (lymphotoxin β receptor) y DcR3 (decoy receptor 3)⁶⁸. Aunque no se conoce el papel del LIGTH en la resorción ósea, se ha observado que provoca una potente acción osteoclastogénica, independiente de RANK y OPG, a través de AKT, NFkB y JNK en monocitos humanos y murinos, utilizando TRAF-2 y TRAF-5. Su función en las enfermedades óseas no ha sido aclarada, pero es, sin duda, una interesante diana de potencial interés terapéutico^69-70.

Otros dos miembros de la superfamilia del TNF han mostrado capacidad osteoclastogénica independiente del RANKL. El APRIL (a proliferation inducing ligand, TNFSF13) y el BAFF (cell activating factor belonging to the TNF, también conocido como BLyS y TNFSF 13b) son capaces, en cultivos in vitro, de inducir la formación de células con fenotipo osteoclástico desde los precursores monucleares, aunque de un tamaño inferior y con menor número de núcleos y capacidad resortiva que las inducidas por RANKL o por LIGHT⁷¹.

e) Origen del RANKL en la activación osteoclástica

Aunque el origen clásico del RANKL que interviene en el remodelado óseo se sitúa en el OB, son varios los hallazgos experimentales que han puesto en duda este concepto. En un estudio pionero, Corral et al.⁷² mostraron que la ablación de progenitores osteoblásticos, mediante la administración de ganciclovir, en ratones portadores de un transgen de timidina-kinasa bajo el control del promotor de osteocalcina, no causaba ningún efecto en las superficies osteoclásticas ni en los marcadores de resorción, incluso tras varias semanas de seguimiento, en las que la población de osteoblastos había desaparecido de las superficies óseas. Mas recientemente y utilizando un modelo murino transgénico similar, Galli et al. observaron que la ausencia de osteoblastos no afectaba a los niveles basales o estimulados por PTH de mRNA de RANKL⁷³. Estos estudios indican que el paradigma clásico, es decir el RANKL que gobierna la activación osteoclástica procede del OB o de sus precursores, debe ser revisado⁷⁴.

Los OC se forman en diferentes lugares esqueléticos con diferentes propósitos y con diversas células de soporte encargadas de sintetizar el RANKL necesario para su activación. Por ejemplo, los fémures de ratones que carecen de RANKL osteocítico desarrollan una morfología normal, que indica que el modelado cortical de los huesos largos es controlado por células ajenas a los osteocitos, mientras que, durante la osificación encondral, la mayor fuente de RANKL que va a permitir la acción reabsortiva osteoclástica sobre el cartílago calcificado son los condrocitos hipertróficos⁷⁵. El OC es también la célula efectora de la erosión que caracteriza a la artritis reumatoide^76,77, y su activación es soportada por la colaboración de células sinoviales de estirpe fibroblástica con la subclase linfocitaria Th17⁷⁸. Estos hechos sugieren que el papel del RANKL derivado de los osteocitos podría estar limitado al remodelado óseo.

El osteocito es la célula que aporta una mayor cantidad de RANKL durante el remodelado fisiológico⁷⁹. Este hecho es aún más plausible desde el punto de vista biológico, debido al conocido papel de estas células en la detección de señales tanto mecánicas como hormonales, lo que les permitiría actuar como verdaderos reguladores del remodelado óseo, al menos, en condiciones fisiológicas. Utilizando tecnología Cre-LoxP, que permite modificar el DNA en tipos celulares específicos, Xiong et al.⁷⁴ provocaron la delección del gen del RANKL osteocítico en ratones y observaron una reducción de OC, con aumento de la masa ósea y de los marcadores de resorción, sin alteraciones en el desarrollo esquelético ni en la erupción dental. En el laboratorio de Takayanagi⁷⁹, obtuvieron los mismos resultados utilizando una tecnología similar. En resumen, estos estudios demuestran que el osteocito es la célula productora principal del RANKL en el remodelado óseo fisiológico.

El RANKL procedente del osteocito es, por tanto, la citoquina que controla el remodelado óseo fisiológico, en respuesta a señales mecánicas y hormonales. El mecanismo mediante el cual, el RANKL accede al OC aun no ha sido suficientemente aclarado. Existen pruebas experimentales de que la presencia de RANKL soluble en el medio es suficiente para producir expansión osteoclástica⁸⁰ y de que las proyecciones osteocitarias expresan RANKL de membrana y alcanzan la superficie ósea, donde contactan con los OC y sus precursores^64,81. En definitiva, existen pruebas de que, tanto mediante la producción de RANKL soluble como mediante el expresado en la membrana de las dendritas, los osteocitos controlan la activación osteoclástica. Su papel es dual, ya que también poseen la capacidad de producir esclerostina, mediante la activación de su gen SOST, y, de esta forma, contribuir a la regulación de la osteoformación⁸².

Fusión osteoclástica

Los precursores osteoclásticos son células mononucleadas que expresan TRAP, sin capacidad resortiva en los cultivos in vitro. El primer paso para que adquieran funcionalidad es la fusión celular, que va a permitir la formación de OC maduros. El conocimiento de los mecanismos íntimos que controlan este evento crítico en la fisiopatología del remodelado es fundamental para el desarrollo de nuevas terapias.

En condiciones fisiológicas, las células pre-OC TRAP + y los OC maduros unicamente se encuentran en las superficies óseas, lo que indica que la fusión se produce en estos lugares. Mediante técnicas de sustracción de DNA en células precursoras estimuladas por M-CSF aislado o M-CSF y RANKL, se observó que la DC-STAMP (dendritic cell-specific transmembrane proteine) es una molécula imprescindible para la fusión de células mononucleares como paso previo para la formación de OC maduros activos. Esta proteína transmembrana, descubierta en 2000⁸³, se expresa también en células dendríticas y macrófagos⁸⁴. Su anulación en modelos murinos provocó osteopetrosis asociada a la ausencia completa de la OC mononucleares fusionados y también de células gigantes de cuerpo extraño. En estos ratones persistía una moderada actividad resortiva de las células maduras, lo que indica que su papel fundamental lo desempeña en la fusión⁸⁵. La regulación de la DC-STAMP es compleja y depende no sólo de la vía RANKL/RANK sino también de otros factores independientes, como IL-32⁸⁶, Tal1 (T-cell acute lymphocytic leukemia 1)⁸⁷, LDLR (low-density lipoprotein receptor)⁸⁸, CCN2/CTGF (CCN family 2/connective tissue growth factor)⁸⁹ y la vitamina E⁹⁰, entre otros, cuyo papel es aún mal conocido pero que podrían constituir dianas de interés terapéutico futuro.

La fusión OC es promovida por otras moléculas, como las citoquinas proinflamatorias. Entre ellas, además de las acciones ya comentadas de RANKL, tanto el TNF-α como el LPS (lipolisacárido) son capaces de inducir fusión OC, bajo ciertas circunstancias. Por ejemplo, la acción del TNF-α es específicamente bloqueada por Ac anti-TNF-α, mientras que el efecto del LPS es parcialmente bloqueado por estos fármacos y completamente por la polimixina B⁹¹. La activación de estas vías, se acompaña de señales intracelulares dependientes de kinasas y cuando se utilizan inhibidores específicos de estas vías, se reduce la fusión OC, mientras que los niveles de DC-STAMP no se alteran. Estos hallazgos indican que existen vías alternativas que regulan la fusión OC independientes de DC-STAMP, aunque se desconoce si ejercen funciones fisiológicas o únicamente intervienen en procesos patológicos⁹².

 

Roles adicionales del osteoclasto

Además de su función como la única célula capaz de reabsorber la matriz ósea calcificada, el OC participa en otros procesos que resumimos a continuación.

1. Estimulación de la formación ósea

El remodelado óseo es un proceso acoplado en el que la actividad osteoclástica va seguida de la acción osteoblástica. La inhibición farmacológica de la primera provoca reducción de la segunda, mientras que el estímulo osteoformador va seguido de un incremento secundario de la resorción. En un principio el modelo parecía simple, atribuyéndose a factores liberados de la matriz reabsorbida por los OC el papel reclutador de osteoblastos^93,94. Sin embargo, en un estudio publicado en 2001, el grupo de Biología Molecular de la Universidad de Hamburgo demostró que, en algunos modelos murinos de osteopetrosis y en un paciente con la forma maligna infantil, la alteración funcional de la maquinaria resortiva con presencia de un número de OC normal, como la que se produce con la anulación de los canales de cloro ClC-7 C, existía una formación ósea normal⁷. Este hecho sugiere que existen factores independientes de la matriz reabsorbida por los OC cuyo papel en el acoplamiento es, probablemente, más relevante.

Entre los mecanismos en los que los OC intervienen directamente, estimulando la osteoformación se han propuesto los siguientes⁹⁵: por un lado, la efrina B2, expresada en la membrana osteoclástica, es capaz de provocar señal de activación al unirse a su receptor osteoblástico EphB4; también la esfingosina-1-fosfato es capaz de provocar reclutamiento de precursores osteoblásticos a los sitios de remodelado⁹⁶, aunque el tratamiento con análogos de esta molécula no ha mostrado resultados relevantes en la curación de las fracturas⁹⁷. El OC expresa, además, factores reguladores negativos del osteoblasto, como la Atp6v0d2 (una subunidad de la bomba de protones V-ATPasa)⁹⁸. Aunque aún se desconoce el papel fisiológico de estas señales moleculares, los hallazgos comentados sugieren que la intervención de los OC en el remodelado no se limita a la resorción ósea, sino que desempeñan también un relevante papel en el acoplamiento mediante señales moleculares que participan en el reclutamiento, activación e inhibición de los osteoblastos.

2. Células inmunitarias

Tanto los OC como los OB tienen la capacidad de responder a una amplia variedad de citoquinas producidas por las células de los sistemas inmunitarios innato y adaptativo^78,99-101. Los OC contienen toda la maquinaría necesaria para la endocitosis y el procesamiento de proteínas exógenas, procedentes del material generado durante la resorción y también en situaciones patológicas como la osteomielitis. En 2009, Kiesel et al.¹⁰² demostraron que los OC pueden reclutar células T CD8+ FoxP3+ y presentar antígenos a las mismas. Estas células jugarían un papel regulador, cuya función en condiciones no inflamatorias se desconoce. Una hipótesis no comprobada, aunque muy atractiva, relacionaría esta capacidad de los OC como células presentadoras de antígenos con la existencia de un gran reservorio de linfocitos T CD8+ de memoria central en la médula ósea, participando en su reclutamiento y mantenimiento¹⁰³.

La extracción de hueso necrótico durante una infección bacteriana es otro de los mecanismos en los que el OC participa en la respuesta inmunitaria. De hecho, en un elegante estudio en el que se utilizaron modelos murinos que emulaban la biología de la osteomielitis y de los implantes periodontales, Li et al.¹⁰⁴, demostraron que la inhibición funcional de los OC por bisfosfonatos y por la osteoprotegerina, se asociaba a un incremento de la cantidad de hueso cortical necrótico alrededor del implante que servía como nidus para la colonización bacteriana, a la vez que reducía el tamaño del orificio de drenaje, a través del cual las bacterias opsonizadas eran expulsadas al exterior de la lesión. Estos hechos son muy relevantes, ya que sugieren que la inhibición osteoclástica farmacológica podría estar contraindicada en las infecciones óseas; así como que en la patogenia de la osteonecrosis maxilar, donde es muy relevante la colonización bacteriana, el OC jugaría un papel destacado, al menos en sus fases iniciales.

3. Cartílago articular

En los procesos en los que se produce destrucción del cartílago hialino articular, se han observado células gigantes multinucleadas que expresan un fenotipo osteoclástico (TRAP+, catepsina K+, MMP9+, CD14-, HLA-DR-, CD45+, CD51+ y CD68+). Estas células, denominadas en algunas publicaciones "condroclastos”, tienen la capacidad de reabsorber la matriz cartilaginosa y han sido implicadas en la patogenia de enfermedades como la artritis reumatoide o la artrosis¹⁰⁵. Su papel concreto no ha sido establecido con certeza, aunque existen evidencias indirectas que sugieren que pueden desempeñar un papel relevante en el daño articular. Se sabe que en el cartílago se sintetiza un 30% del RANKL total que se produce en la articulación artrítica, fundamentalmente a través de los condrocitos¹⁰⁶. La fracción soluble de esta citoquina, actuando de forma paracrina, podría participar, mediante la activación osteoclástica en los lugares de contacto condrosinovial, en la patogenia de la erosión y de la osteopenia yuxtaarticular, que caracterizan a la lesión reumatoide. Además, aunque aún no se ha demostrado con suficiente certeza, el RANKL condrocítico podría contribuir a la transformación y activación de los precursores mononucleares, dando lugar a condroclastos con capacidad degradativa del cartílago. El mecanismo mediante el que se produciría esta acción no se conoce todavía, pero constituye, sin duda, una interesante cuestión en base al posible papel terapéutico de los inhibidores del RANKL en procesos como la artrosis.

4. Metabolismo energético

La osteocalcina, un pequeño péptido producido por el osteoblasto, estimula la secrección de insulina por la célula beta pancreática, un hallazgo de enorme importancia al implicar de manera decisiva al tejido óseo en el control hormonal del metabolismo energético¹⁰⁷. Esta molécula tiene varias características de hormona: es un producto específico celular, se sintetiza en forma pre-propeptídica y se segrega a la circulación sistémica, tras un proceso de gamma-carboxilación vitamina K-dependiente. Este hecho explica su gran afinidad por la matriz ósea, lo que provoca que sea liberada durante la resorción ósea y convertida en su forma activa tras la exposición al pH acídico de la laguna de resorción. En ratones transgénicos que carecen de actividad V-ATPasa, se observa una hipoinsulinemia e intolerancia a la glucosa asociadas a niveles reducidos de osteocalcina¹⁰⁸. Un estudio que analizó los efectos de alendronato en una pequeña muestra de pacientes, mostró niveles reducidos de osteocalcina infracarboxilada que se asociaban inversamente con aumento del peso corporal y de la masa adiposa¹⁰⁹. Sin embargo, la revisión de los resultados de los estudios FIT, HORIZON Y FREEDOM no mostró ninguna alteración en estos parámetros ni en el metabolismo de la glucosa¹¹⁰. En resumen, mientras los modelos animales sugieren un papel del remodelado óseo en el control del metabolismo energético, los estudios realizados en humanos muestran resultados discordantes que deberán ser aclarados en el futuro¹¹¹.

 

Conclusiones

El OC ha sido considerado clásicamente como una célula con una función exclusivamente remodeladora del hueso, de comportamiento gregario. Sin embargo, en la última década, los hallazgos experimentales han transformado drásticamente esta visión excesivamente simplista. Los OC comparten orígenes comunes con las células del sistema inmunitario, tanto de la serie mieloide como linfoide. Su papel en las enfermedades articulares inflamatorias, como la artritis reumatoide, es probablemente muy relevante, ya que a la función conocida como única célula capaz de disolver la matriz ósea calcificada, se añaden nuevos roles por su capacidad de secrección de citoquinas y como célula presentadora de antígenos. Los OC como células extraordinariamente dinámicas, constituyen dianas de enorme interés terapéutico (Tabla 1) por su participación en procesos como la osteoporosis, la artritis, la artrosis o el cáncer.

 

 

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Dirección para correspondencia:
Luis Arboleya
Servicio de Reumatología
Hospital Universitario Central de Asturias
Avda. de Roma, s/n - 33011 Oviedo (España)
Correo electrónico: arboleya@ser.es

Fecha de recepción: 07/06/2014
Fecha de aceptación: 07/10/2014