Sinh học và Tái tạo xương

Xương là một mô sống, liên tục được đổi mới. Trong suốt cuộc đời trưởng thành, các gói vi mô của xương cũ được tiêu hủy và thay thế bằng xương mới trong một quá trình phối hợp gọi là tái tạo. Chu trình này, được thực hiện bởi các hủy cốt bào, tạo cốt bào và cốt bào, và được điều chỉnh bởi một số hệ thống tín hiệu, duy trì sức mạnh của bộ xương, sửa chữa các tổn thương vi mô và hỗ trợ cân bằng nội môi khoáng chất.

Definition

Tái tạo xương là quá trình diễn ra suốt đời, tại các vị trí cụ thể, trong đó các hủy cốt bào tiêu hủy xương hiện có và các tạo cốt bào hình thành xương mới trong các đơn vị liên kết, làm mới bộ xương và điều hòa khối lượng cũng như chất lượng của nó.

Scope

Mục này bao gồm các tế bào xương, các giai đoạn của chu trình tái tạo và các con đường phân tử chính — đáng chú ý là RANK/RANKL/osteoprotegerin và WNT/sclerostin — liên kết quá trình tiêu xương với quá trình hình thành xương. Nó cung cấp nền tảng sinh học để hiểu về bệnh xương chuyển hóa và các loại thuốc tác động lên xương, mà không đưa ra lời khuyên lâm sàng.

Core questions

• Vai trò của hủy cốt bào, tạo cốt bào và cốt bào là gì?
• Các giai đoạn của chu trình tái tạo xương là gì?
• Quá trình tiêu xương và hình thành xương được liên kết như thế nào?
• RANKL và osteoprotegerin kiểm soát hủy cốt bào như thế nào?
• Tín hiệu WNT/sclerostin kiểm soát sự hình thành xương như thế nào?

Key concepts

• Hủy cốt bào (tiêu xương)
• Tạo cốt bào (hình thành xương)
• Cốt bào (cảm nhận cơ học)
• Đơn vị đa bào cơ bản
• Sự liên kết giữa tiêu xương và hình thành xương
• Trục RANK/RANKL/osteoprotegerin
• Tín hiệu WNT và sclerostin
• Tốc độ luân chuyển xương

Mechanisms

Quá trình tái tạo diễn ra theo một trình tự chuẩn hóa: hoạt hóa, tiêu hủy bởi các hủy cốt bào đa nhân, một pha đảo ngược, hình thành xương mới bởi các tạo cốt bào, và khoáng hóa. Các cốt bào nằm trong chất nền cảm nhận ứng suất cơ học và tổn thương vi mô, đồng thời điều phối nơi quá trình tái tạo diễn ra. Sự hình thành hủy cốt bào được điều chỉnh bởi trục RANK/RANKL/osteoprotegerin: RANKL do các tế bào dòng tạo cốt bào sản xuất thúc đẩy sự hình thành hủy cốt bào, trong khi osteoprotegerin hoạt động như một thụ thể mồi nhử để kiềm chế nó (Hofbauer et al., 2000). Sự hình thành xương được thúc đẩy bởi tín hiệu WNT kinh điển, mà sclerostin có nguồn gốc từ cốt bào ức chế, cung cấp một phanh hãm hoạt động của tạo cốt bào (Baron & Kneissel, 2013). Sự cân bằng giữa các tín hiệu này quyết định liệu một chu trình tái tạo là trung tính, đồng hóa hay dị hóa.

Clinical relevance

Việc hiểu về quá trình tái tạo giải thích tại sao các bệnh xương chuyển hóa phát sinh từ sự mất cân bằng giữa tiêu xương và hình thành xương, và tại sao các liệu pháp hiện đại hoạt động bằng cách nhắm mục tiêu vào các con đường này — ví dụ, bằng cách chặn RANKL hoặc sclerostin. Mục này là kiến thức nền tảng về sinh học xương và không cấu thành hướng dẫn lâm sàng.

Evidence & guidelines

Khung tế bào của quá trình tái tạo và các con đường RANKL/osteoprotegerin và WNT/sclerostin được thiết lập thông qua nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và nghiên cứu chuyển dịch được tóm tắt trong các đánh giá có thẩm quyền (Hofbauer et al., 2000; Baron & Kneissel, 2013); sự liên quan của chúng đối với bệnh tật và điều trị được tổng hợp trong các đánh giá lâm sàng về loãng xương (Compston et al., 2019).

History

Bức tranh tế bào về xương như một mô tái tạo được xây dựng thông qua mô học và sinh học tế bào xương vào thế kỷ XX. Việc phát hiện ra hệ thống RANK/RANKL/osteoprotegerin vào khoảng năm 2000 và sau đó là sự công nhận sclerostin là một chất ức chế WNT đã làm thay đổi lĩnh vực này, biến sinh học cơ bản thành các mục tiêu phân tử cho liệu pháp.

Key figures

• Roland Baron
• Lorenz Hofbauer
• Stavros Manolagas

Seminal works

• hofbauer-2000
• baron-2013

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa tạo hình xương (bone modeling) và tái tạo xương (bone remodeling) là gì?

Tạo hình xương định hình xương bằng cách thêm hoặc loại bỏ vật liệu ở các bề mặt riêng biệt, chủ yếu trong quá trình tăng trưởng, trong khi tái tạo xương làm mới xương hiện có bằng cách liên kết quá trình tiêu xương và hình thành xương tại cùng một vị trí trong suốt cuộc đời.

Cốt bào làm gì?

Cốt bào là những tế bào xương phong phú nhất; nằm trong chất nền khoáng hóa, chúng cảm nhận tải trọng cơ học và tổn thương, đồng thời phát tín hiệu để định hướng nơi và khi nào quá trình tái tạo diễn ra, bao gồm cả việc sản xuất sclerostin.