بيولوجيا العظام وإعادة تشكيلها

العظم نسيج حي يتجدد باستمرار. طوال فترة البلوغ، يتم امتصاص حزم مجهرية من العظم القديم واستبدالها بعظم جديد في عملية منسقة تسمى إعادة التشكيل. تحافظ هذه الدورة، التي تقوم بها الخلايا الآكلة للعظم (osteoclasts)، والخلايا البانية للعظم (osteoblasts)، والخلايا العظمية (osteocytes)، ويتم ضبطها بواسطة عدد قليل من أنظمة الإشارات، على قوة الهيكل العظمي، وتصلح الأضرار الدقيقة، وتدعم استتباب المعادن.

Definition

إعادة تشكيل العظم هي عملية مستمرة مدى الحياة ومحددة الموقع، يتم من خلالها امتصاص العظم الموجود بواسطة الخلايا الآكلة للعظم وتكوين عظم جديد بواسطة الخلايا البانية للعظم في وحدات مترافقة، مما يجدد الهيكل العظمي وينظم كتلته وجودته.

Scope

يتناول هذا المدخل خلايا العظم، ومراحل دورة إعادة التشكيل، والمسارات الجزيئية الرئيسية - لا سيما RANK/RANKL/osteoprotegerin و WNT/sclerostin - التي تربط ارتشاف العظم بتكوينه. ويوفر الأساس البيولوجي لفهم أمراض العظام الأيضية والأدوية الموجهة للعظام، دون تقديم نصائح سريرية.

Core questions

• ما هي أدوار الخلايا الآكلة للعظم، والخلايا البانية للعظم، والخلايا العظمية؟
• ما هي مراحل دورة إعادة تشكيل العظم؟
• كيف يتم ربط الارتشاف والتكوين؟
• كيف يتحكم RANKL والأوستيوبروتيجيرين في الخلايا الآكلة للعظم؟
• كيف تتحكم إشارات WNT/sclerostin في تكوين العظم؟

Key concepts

• الخلايا الآكلة للعظم (الارتشاف)
• الخلايا البانية للعظم (التكوين)
• الخلايا العظمية (الاستشعار الميكانيكي)
• الوحدة الخلوية الأساسية
• ربط الارتشاف والتكوين
• محور RANK/RANKL/osteoprotegerin
• إشارات WNT والسكليروستين
• معدل دوران العظم

Mechanisms

تتقدم عملية إعادة التشكيل بتسلسل نمطي: التنشيط، والارتشاف بواسطة الخلايا الآكلة للعظم متعددة النوى، ومرحلة الانعكاس، وتكوين عظم جديد بواسطة الخلايا البانية للعظم، والتمعدن. تستشعر الخلايا العظمية المدمجة في المصفوفة الإجهاد الميكانيكي والأضرار الدقيقة وتنسق مكان حدوث إعادة التشكيل. يتم التحكم في توليد الخلايا الآكلة للعظم بواسطة محور RANK/RANKL/osteoprotegerin: حيث يدفع RANKL المنتج بواسطة خلايا سلالة الخلايا البانية للعظم تكوين الخلايا الآكلة للعظم، بينما يعمل الأوستيوبروتيجيرين كمستقبل خادع يحد منه (Hofbauer et al., 2000). يتم تعزيز تكوين العظم بواسطة إشارات WNT الكنسية، والتي يثبطها السكليروستين المشتق من الخلايا العظمية، مما يوفر كابحًا لنشاط الخلايا البانية للعظم (Baron & Kneissel, 2013). يحدد التوازن بين هذه الإشارات ما إذا كانت دورة إعادة التشكيل محايدة صافية، أو بنائية، أو هدمية.

Clinical relevance

يُفسر فهم إعادة التشكيل سبب نشوء أمراض العظام الأيضية من اختلال التوازن بين الارتشاف والتكوين، ولماذا تعمل العلاجات الحديثة عن طريق استهداف هذه المسارات - على سبيل المثال، عن طريق حجب RANKL أو السكليروستين. هذا المدخل هو خلفية تعليمية حول بيولوجيا العظام ولا يشكل إرشادات سريرية.

Evidence & guidelines

تم إثبات الإطار الخلوي لإعادة التشكيل ومسارات RANKL/osteoprotegerin و WNT/sclerostin من خلال الأبحاث المخبرية والتحويلية الملخصة في مراجعات موثوقة (Hofbauer et al., 2000; Baron & Kneissel, 2013)؛ ويتم تجميع أهميتها للمرض والعلاج في مراجعات سريرية لهشاشة العظام (Compston et al., 2019).

History

تم بناء الصورة الخلوية للعظم كنسيج معاد التشكيل من خلال علم الأنسجة وعلم بيولوجيا خلايا العظم في القرن العشرين. أدى اكتشاف نظام RANK/RANKL/osteoprotegerin حوالي عام 2000 والاعتراف اللاحق بالسكليروستين كمثبط لـ WNT إلى تحويل المجال، وتحويل البيولوجيا الأساسية إلى أهداف جزيئية للعلاج.

Key figures

• Roland Baron
• Lorenz Hofbauer
• Stavros Manolagas

Seminal works

• hofbauer-2000
• baron-2013

Frequently asked questions

ما الفرق بين تشكيل العظم وإعادة تشكيله؟

يشكل التشكيل العظم عن طريق إضافة أو إزالة المواد من أسطح منفصلة، بشكل أساسي أثناء النمو، بينما تجدد إعادة التشكيل العظم الموجود عن طريق ربط الارتشاف والتكوين في نفس الموقع طوال الحياة.

ماذا تفعل الخلايا العظمية؟

الخلايا العظمية هي أكثر خلايا العظم وفرة؛ وهي مدمجة في المصفوفة المتمعدنة، وتستشعر التحميل الميكانيكي والتلف وتشير لتوجيه مكان وزمان حدوث إعادة التشكيل، بما في ذلك إنتاج السكليروستين.