Osteoclastogénesis independiente  de RANKL

La regulación coordinada  de osteoclastos y osteoblastos es requerida  para el mantenimiento de la homeostasis del esqueleto y su desbalance es observado en varias enfermedades como artritis reumatoidea, osteoporosis postmenopáusica  y enfermedades óseas inducidas por tumores. El RANKL (codificado por el gen Tnfsf11),  miembro de la familia del factor de necrosis tumoral, es una citoquina esencial para la diferenciación de osteoclastos que se une a su receptor RANK (codificado por el gen Tnfrsf11a) expresado por células precursores de osteoclastos y activa varias cascadas intracelulares de señalización. El indispensable rol de las rutas RANKL/RANK se evidenció por hallazgos genéticos en ratones con alteración del genTnfsf11 o Tnfrsf11a, los cuales exhiben severa osteopetrosis debido a la ausencia completa de osteoclastos. Las mutaciones en el gen TNFSF11causa osteopetrosis autosomal recesiva en humanos. Estos hallazgos apoyan claramente la idea que el eje RANKL/RANK es indispensable para la osteoclastogénesis en condiciones fisiológicas y patológicas.

La posibilidad de osteoclastogénesis independiente de RANKL ha fascinado a los investigadores por mucho tiempo, en particular bajo algunas condiciones de enfermedad  como artritis reumatoidea. Numerosos estudios apoyan la presencia de osteoclastogénesis independiente de RANKL. TNF-α, APRIL, BAFF, NGF, IGF1, IGFII, LIGHT, TGF-β, IL-6. IL-11 y SOFAT han sido propuestos como factores osteoclastogénicos  independientes de RANKL.

El TGF-β es una citoquina con proliferación y diferenciación en muchos tipos de células y almacenado abundantemente en el hueso. Aunque el rol del TGF-β en el medio óseo ha sido estudiado extensamente, aún es controversial si  promueve o inhibe la osteoclastogénesis. Hay estudios que reportan que el TGF-β actúa directamente sobre macrófagos de la médula ósea, mientras inhibe indirectamente la osteoclastogénesis  a través del efecto sobre las células estromales de la médula ósea u osteoblastos. Un estudio reciente sugiere que aunque la presencia de TGF-β es indispensable para la osteoclastogénesis inducida por RANKL, el TGF-β solo no induce la osteoclastogénesis. Adicionalmente, la Smad2/3 activada por TGF-β se asocia con c-fos e induce su translocación nuclear. Por lo tanto, el TGF-β es un factor cooperativo esencial para la osteoclastogénesis, pero no puede sustituir al RANKL.

El TNF-α, el cual exhibe muchas moléculas de señalización comunes con el RANKL, es la citoquina más estudiada  como posible sustituto del RANKL. Dado que el TNF-α juega un rol esencial en la patogénesis de la artritis reumatoidea, algunos estudios proponen un rol directo del TNF-α en la destrucción del hueso en condiciones artríticas. Otros estudios han demostrado que el TNF-α solo induce la diferenciación de osteoclastos a partir de células de médula ósea de ratón o monocitos derivados de sangre periférica humana. Por el contrario, hay estudios que se oponen a la inducción directa de la osteoclastogénesis por el TNF-α. En este contexto, está demostrado que el TNF-α falla en generar osteoclastos a partir de una población pura de células mieloides (positivas para c-fms, CD11b, RANK y F4/80, pero no para VCAM-1, un marcador de células estromales de médula ósea). Adicionalmente, cuando a los cultivos de médula ósea se agregan niveles saturantes de osteoprotegerina (OPG), la osteoclastogénesis inducida por TNF-α es abolida completamente, lo que indica que el efecto del TNF-α sobre la osteoclatogénesis depende del eje RANKL/RANK. Sobre la base de estos resultados se puede concluir que el TNF-α promueve la osteoclastogénesis solamente en presencia de “niveles permisivos” de RANKL. Por lo tanto, las observaciones conflictivas en los diversos estudios pueden ser atribuidas a los diferentes niveles de RANKL expresados en células estromales contaminadas en los cultivos. Por otra parte, el TNF-α induce fuertes inhibidores de la osteoclastogénesis, los cuales limitan significativamente su actividad osteoclastogénesis. Es importante señalar que hallazgos clínicos recientes demuestran que la progresión de la erosión ósea  en pacientes con artritis reumatoidea  es suprimida con denosumab (anti-RANKL),  lo que indica que el RANKL juega un rol esencial en la erosión ósea en la artritis reumatoidea.

Un estudio reciente  propone que la enzima lisil oxidasa (LOX) promueve metástasis óseas de cáncer de mama a través de osteoclastogénesis independiente de RANKL. Este estudio demuestra que el tratamiento de larga duración con LOX induce osteoclastos humanos con mayor eficiencia que el RANKL. El efecto de la LOX es suprimido por el tratamiento con catalasa, una enzima que neutraliza especies reactivas de oxigeno (ROS), lo que sugiere que la osteoclastogénesis inducida por LOX es mediada por la producción de ROS. El concepto que la LOX estimula la formación de osteoclastos es actualmente muy atractivo porque el análisis cuantitativo global del secretoma hipóxico identificó a la LOX asociada significativamente con tropismo óseo. Sin embargo, el concepto ha sido rebatido por otros estudios que demuestran que la LOX falla en inducir la diferenciación de osteoclastos en ausencia de RANKL aunque promueve la inducción de RANKL endógeno en células estromales de médula ósea. Más aún, la LOX no induce la osteoclastogénesis en ratones con deficiencia de RANKL o RANK. La LOX regula hacia arriba la expresión de RANKL en células estromales de médula ósea  a través de la producción de ROS. Sobre la base de estos hallazgos, se puede concluir que la LOX estimula la osteoclastogénesis solamente en presencia  de RANKL.

Similar a la controversia en la osteoclastogénesis inducida por TNF-α, la expresión de RANKL en células estromales contaminadas puede explicar la discrepancia entre los diversos estudios. Entonces, se han propuesto dos modelos del efecto  de la LOX sobre la osteoclastogénesis. Un modelo en el cual la LOX induce directamente la osteoclastogénesis en una manera independiente de RANKL y otro modelo que propone que la LOX promueve indirectamente la osteoclastogénesis  a través de la regulación hacia arriba de la expresión de RANKL en células estromales. Sin embargo, no está claro porque el RANKL endógeno inducido por la LOX en células estromales no estimula la osteoclastogénesis  en los cultivos celulares de algunos estudios.

Las moléculas propuestas como factores osteoclastogénicos independientes de RANKL (TNF-α, LOX, etc.) juegan roles importantes en la destrucción ósea en cooperación con RANKL bajo condiciones patológicas como artritis reumatoidea, metástasis cancerosas y, por lo tanto, pueden servir como blancos terapéuticos.  Para dilucidar el mecanismo preciso que subyace a la osteoclastogénesis en condiciones de enfermedad, es importante clarificar si las moléculas ejercen la actividad osteoclastogénica independientemente de –o en sinergia con- RANKL. Algunos investigadores consideran que es difícil proponer la osteoclastogénesis independiente de RANKL sin la validación en condiciones de deficiencia de RAKL o RANK. En este sentido, hay trabajos que reportan que la inyección de TNF-α induce un pequeño número de osteoclastos en ratones RANK KO, lo que sugiere la posibilidad que altas concentraciones locales  de factores proresortivos como TNF-α puedan inducir la osteoclastogénesis  aun en ausencia de la señal RANK. Asimismo, se ha reportado la osteoclastogénesis inducida por TNF-α en ratones con deficiencia de RANK en ausencia de la proteína de unión a la secuencia de reconocimiento recombinante en el sitio Jκ (BRP-J). Sin embargo, también hay estudios que demuestran que la inyección de TNF-α falla en inducir hipercalcemia o signos radiográficos de resorción ósea. Estos resultados sugieren que el TNF-α puede inducir la osteoclatogénesis solamente bajo circunstancias limitadas.

Un trabajo reciente reporta que la LOX promueve metástasis óseas de cáncer colorectal acelerando la osteoclastogénesis  inducida por RANKL. Otro estudio demuestra que la LOX sola falla en inducir la osteoclastogénesis, pero la aumenta en combinación con RANKL. Estos resultan apoyan el concepto que la LOX no es un sustituto de RANKL sino un factor cooperador  en la osteoclastogénesis dependiente de RANKL. Sin embargo, estos estudios no niegan la importancia de la LOX en la destrucción ósea asociada con las metástasis cancerosas.

En conclusión, se mantiene la controversia sobre la osteoclastogénesis  independiente de RANKL  en un sentido estricto ya que no hay evidencia que avale la existencia de una molécula que reemplace al RANKL.

Fuente: Tanaka S (2017). RANKL-independent osteoclastogenesis: a long-standing controversy. Journal of Bone and Mineral Research 32:431-433.