Биология и ремоделирование кости

Кость — это живая, постоянно обновляющаяся ткань. На протяжении всей взрослой жизни микроскопические участки старой кости резорбируются и замещаются новой костью в скоординированном процессе, называемом ремоделированием. Этот цикл, осуществляемый остеокластами, остеобластами и остеоцитами и регулируемый несколькими сигнальными системами, поддерживает прочность скелета, восстанавливает микроповреждения и обеспечивает минеральный гомеостаз.

Definition

Ремоделирование кости — это пожизненный, специфичный для участка процесс, при котором остеокласты резорбируют существующую кость, а остеобласты формируют новую кость в сопряженных единицах, обновляя скелет и регулируя его массу и качество.

Scope

Эта статья охватывает клетки кости, стадии цикла ремоделирования и основные молекулярные пути — в частности, RANK/RANKL/остеопротегерин и WNT/склеростин, — которые связывают резорбцию кости с ее формированием. Она обеспечивает биологическую основу для понимания метаболических заболеваний костей и препаратов, направленных на костную ткань, без предоставления клинических рекомендаций.

Core questions

• Каковы роли остеокластов, остеобластов и остеоцитов?
• Каковы стадии цикла ремоделирования кости?
• Как связаны резорбция и формирование?
• Как RANKL и остеопротегерин контролируют остеокласты?
• Как WNT/склеростиновая сигнализация контролирует формирование кости?

Key concepts

• Остеокласты (резорбция)
• Остеобласты (формирование)
• Остеоциты (механосенсоры)
• Базовая многоклеточная единица
• Сопряжение резорбции и формирования
• Ось RANK/RANKL/остеопротегерин
• WNT-сигнализация и склеростин
• Скорость костного обмена

Mechanisms

Ремоделирование протекает в стереотипной последовательности: активация, резорбция многоядерными остеокластами, фаза реверсии, формирование нового остеоида остеобластами и минерализация. Остеоциты, встроенные в матрикс, воспринимают механическую нагрузку и микроповреждения и определяют, где происходит ремоделирование. Генерация остеокластов регулируется осью RANK/RANKL/остеопротегерин: RANKL, продуцируемый клетками остеобластного ряда, стимулирует образование остеокластов, в то время как остеопротегерин действует как рецептор-ловушка, который подавляет этот процесс (Hofbauer et al., 2000). Формирование кости стимулируется каноническим WNT-сигнальным путем, который ингибируется склеростином, продуцируемым остеоцитами, что обеспечивает торможение активности остеобластов (Baron & Kneissel, 2013). Баланс между этими сигналами определяет, будет ли цикл ремоделирования чистым нейтральным, анаболическим или катаболическим.

Clinical relevance

Понимание ремоделирования объясняет, почему метаболические заболевания костей возникают из-за дисбаланса между резорбцией и формированием, и почему современные методы терапии действуют путем воздействия на эти пути — например, блокируя RANKL или склеростин. Эта статья является образовательной информацией по биологии кости и не представляет собой клиническое руководство.

Evidence & guidelines

Клеточная основа ремоделирования и пути RANKL/остеопротегерин и WNT/склеростин установлены в ходе лабораторных и трансляционных исследований, обобщенных в авторитетных обзорах (Hofbauer et al., 2000; Baron & Kneissel, 2013); их значимость для заболеваний и терапии синтезирована в клинических обзорах остеопороза (Compston et al., 2019).

History

Клеточная картина кости как ремоделирующей ткани была сформирована благодаря гистологии и биологии костных клеток в двадцатом веке. Открытие системы RANK/RANKL/остеопротегерин около 2000 года и последующее признание склеростина как ингибитора WNT преобразовали эту область, превратив базовую биологию в молекулярные мишени для терапии.

Key figures

• Roland Baron
• Lorenz Hofbauer
• Stavros Manolagas

Seminal works

• hofbauer-2000
• baron-2013

Frequently asked questions

В чем разница между моделированием и ремоделированием кости?

Моделирование формирует кость путем добавления или удаления материала на отдельных поверхностях, преимущественно во время роста, тогда как ремоделирование обновляет существующую кость путем сопряжения резорбции и формирования на одном и том же участке на протяжении всей жизни.

Что делают остеоциты?

Остеоциты являются наиболее многочисленными клетками кости; встроенные в минерализованный матрикс, они воспринимают механическую нагрузку и повреждения и подают сигналы, определяющие, где и когда происходит ремоделирование, в том числе путем продуцирования склеростина.