Lo mejor del año 2021

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Investigación clínica

Autora: Nuria Guañabens Gay. Servicio de Reumatología. Hospital Clinic de Barcelona.

COVID-19 y vitamina D

a)Vitamin D Status in Hospitalized Patients with SARS-CoV-2 Infection. Hernández JL, Nan D, Fernandez-Ayala M, García-Unzueta M, Hernández-Hernández MA, López-Hoyos M, Muñoz-Cacho P, Olmos JM, Gutiérrez-Cuadra M, Ruiz-Cubillán JJ, Crespo J, Martínez-Taboada VM. J Clin Endocrinol Metab. 2021 Mar 8; 106(3): e1343-e1353.

Resumen

El objetivo del estudio fue analizar la influencia de los niveles de 25OHD en la gravedad de COVID-19 en pacientes hospitalizados. El diseño correspondía a un estudio retrospectivo caso-control, que incluyó 216 pacientes COVID-19 y 197 controles de la población general. Se determinaron los niveles séricos de 25OHD y se evaluó la gravedad de la enfermedad (UCI, ventilación mecánica y mortalidad).

Los niveles 25OHD en pacientes COVID-19 fueron de 13.8 ± 7.2 vs controles: 20.9 ±7.4 ng/mL (p<.0001). 82.2% de pacientes con COVID-19 tenían déficit de 25OHD comparado con el 47.2% de la población general.

Conclusión: Los niveles de 25OHD son más bajos en los pacientes hospitalizados por COVID-19 que en la población general. En este estudio no se halló relación con la gravedad de la enfermedad, aunque se observó una relación inversa con los niveles de ferritina y dímero D, ambos parámetros relacionados con la gravedad de COVID-19.

b) Vitamin D and COVID-19 severity and related mortality: a prospective study in Italy. Campi I, Gennari L, Merlotti D, Mingiano C, Frosali A, Giovanelli L, Torlasco C, Pengo MF, Heilbron F, Soranna D, Zambon A, Di Stefano M, Aresta C, Bonomi M, Cangiano B, Favero V, Fatti L, Perego GB, Chiodini I, Parati G, Persani L. BMC Infect Dis. 2021 Jun 14; 21(1): 566.

Resumen

El objetivo del estudio fue analizar si los niveles de 25OHD se asociaban con los de IL-6 y con la gravedad de COVID-19 en pacientes hospitalizados. El diseño correspondía a un estudio prospectivo unicéntrico, que incluyó 103 pacientes con COVID-19 grave y 52 con COVID-19 poco grave; 206 controles de similar edad y sexo. Se determinaron los niveles de 25OHD y de IL-6 sérica, y se evaluó la gravedad y mortalidad de la enfermedad.

Los pacientes con COVID-19 grave tenían niveles de 25OHD más bajos (18,2 ± 11,4 ng/mL) que los pacientes con COVID-19 poco grave y los controles (30,3 ± 8,5 ng/mL y 25,4 ± 9,4 ng/mL, respectivamente, p < 0,0001). Los niveles de 25OHD e IL-6 fueron más bajos y altos, respectivamente, en los pacientes COVID-19 grave ingresados en la UCI, 14,4 ± 8,6 ng/mL y 43,0 (19,0-56,0) pg/mL, que en los que no requirieron ingreso en UCI [22,4 ± 1,4 ng/mL, p = 0,0001 y 16,0 (8,0-32,0) pg/mL, p = 0,0002, respectivamente]. Se encontraron diferencias similares al comparar los pacientes con COVID-19 que fallecieron en el hospital y los que supervivieron.

Conclusión: En los pacientes con COVID-19, los niveles de 25OHD se correlacionaron inversamente con IL-6 y fueron predictores independientes de gravedad y mortalidad.a.

c) Effect of calcifediol treatment and best available therapy versus best available therapy on intensive care unit admission and mortality among patients hospitalized for COVID-19: A pilot randomized clinical study. Entrenas Castillo M, Entrenas Costa LM, Vaquero Barrios JM, Alcalá Díaz JF, López Miranda J, Bouillon R, Quesada Gomez JM. J Steroid Biochem Mol Biol. 2020 Oct; 203: 105751.

Resumen

El objetivo del estudio fue analizar el efecto del tratamiento con calcifediol en los desenlaces de pacientes con COVID-19, especialmente UCI y mortalidad. El diseño correspondía a un ensayo piloto, aleatorizado abierto que incluyó 76 pacientes consecutivos hospitalizados por COVID-19, con cuadro respiratorio. Se aleatorizaron: 2 calcifediol (532 µg/día 1, 266 µg días 3 y 7 y semanalmente hasta alta o UCI) / 1 no tratamiento. Se evaluó la gravedad (UCI) y mortalidad.

De los 50 pacientes tratados con calcifediol, uno requirió ingreso en la UCI (2%) comparado con 13 de los 26 pacientes no tratados (50%). De los pacientes tratados con calcifediol, ninguno falleció y todos fueron dados de alta. De los 13 pacientes no tratados ingresados en la UCI, dos fallecieron y los 11 restantes fueron dados de alta.

Conclusión: Este estudio piloto sugiere que la administración de calcifediol reduce los ingresos en UCI y parece reducir la gravedad de la enfermedad (No se determinaron niveles de 25OHD en la evolución).

d) Calcifediol treatment and COVID-19-related outcomes. Nogues X, Ovejero D, Pineda-Moncusí M, Bouillon R, Arenas D, Pascual J, Ribes A, Guerri-Fernandez R, Villar-Garcia J, Rial A, Gimenez-Argente C, Cos ML, Rodriguez-Morera J, Campodarve I, Quesada-Gomez JM, Garcia-Giralt N. J Clin Endocrinol Metab. 2021 Sep 27; 106(10): e4017-e4027.

Resumen

El objetivo del estudio fue analizar el efecto del tratamiento con calcifediol en los desenlaces de pacientes con COVID-19, especialmente UCI y mortalidad. El diseño correspondía a un estudio observacional de cohortes, realizado entre marzo y mayo de 2020, que incluyó 838 pacientes hospitalizados por COVID-19 (447 tratados con calcifediol vs 391 pacientes no tratados). La pauta de calcifediol fue: 532 µg/día 1, 266 µg días 3, 7, 15 y 30.

20 de los 447 pacientes tratados con calcifediol (4,5%,) requirieron ingreso en UCI, en comparación con 82 de los 391 no tratados (21%) (p < 0,001). Los pacientes tratados tenían un menor riesgo de requerir UCI (odds ratio [OR] 0,13; IC del 95%: 0,07-0,23). La mortalidad global fue del 10%. En el análisis por intención de tratar, 21 (4,7%) de los 447 pacientes tratados con calcifediol fallecieron, en comparación con 62 pacientes (15,9%) de los 391 no tratados (p = 0,001). Los resultados ajustados mostraron una reducción del riesgo de mortalidad con un OR de 0,21 (IC del 95%, 0,10-0,43).

Conclusión: El tratamiento con calcifediol reduce los ingresos en UCI y la mortalidad en pacientes ingresados por COVID-19 (No se determinaron niveles de 25OHD en la evolución).

Puntos de vista/perspectiva.

*Esta asociación entre vitamina D y COVID-19 debería ser todavía considerada hipotética.

**La mayoría de los estudios observacionales y de cohortes encuentran una relación entre déficit de vitamina D y mayor gravedad de COVID y otros, incluidos los pocos estudios disponibles de intervención, muestran resultados inconsistentes.

*Bilezikian JP, Bikle D, Hewison M, Lazaretti-Castro M, Formenti AM, Gupta A, Madhavan MV, Nair N, Babalyan V, Hutchings N, Napoli N, Accili D, Binkley N, Landry DW, Giustina A. MECHANISMS IN ENDOCRINOLOGY: Vitamin D and COVID-19. Eur J Endocrinol. 2020 Nov; 183(5): R133-R147.

**Bandeira L, Lazaretti-Castro M, Binkley N. Clinical aspects of SARS-CoV-2 infection and vitamin D: COVID-19 and the endocrine system: special issue for reviews in endocrine and metabolic disorders (Felipe Casaneuva, Editor in Chief) A. Giustina and JP Bilezikian, Guest Editors. Rev Endocr Metab Disord. 2021 Sep 24: 1–5.

Las fracturas traumáticas ¿son un factor de riesgo para futuras fracturas?

a) Risk of Subsequent Fractures in Postmenopausal Women After Nontraumatic vs Traumatic Fractures. Crandall CJ, Larson JC, LaCroix AZ, Robbins JA, Wactawski-Wende J, Johnson KC, Sattari M, Stone KL, Weitlauf JC, Gure TR, Cauley JA. JAMA Intern Med. 2021 Aug 1; 181(8): 1055-1063.

Resumen

El objetivo del estudio fue analizar si el riesgo de fractura cambia dependiendo de si la fractura inicial fue traumática o por fragilidad. El diseño correspondía a un estudio prospectivo observacional (1994-98) que incluyó 66874 mujeres posmenopáusicas del estudio WHI (Women Health Initiative Study): 7142 con fractura previa que aportaban información sobre el desencadenante de su fractura, 59.732 sin fractura previa y 721 con fractura incidente. Se recogió la autorreferencia anual de fracturas clínicas confirmadas en la historia clínica, con descripción del mecanismo: traumático, no traumático o desconocido.

7142 (10,7%) de las 66 874 participantes, experimentaron una fractura incidente durante el período de seguimiento. El Hazard Ratio ajustado (aHR) de fractura tras una fractura inicial fue de 1,49 (IC del 95%, 1,38-1,61). La asociación entre fractura inicial y posterior fue significativamente mayor en las mujeres cuya fractura inicial fue traumática (aHR, 1,25; IC del 95%, 1,06-1,48), así como en las mujeres cuya fractura inicial fue no traumática (HR, 1,52; IC del 95%, 1,37-1,68). Los intervalos de confianza para las asociaciones entre fractura inicial y fractura posterior se superponían para los estratos de fractura inicial traumática y no traumática.

Conclusión: El riesgo de una futura fractura después de una fractura traumática es similar al observado tras una fractura por fragilidad. La evaluación clínica de osteoporosis debería incluir fracturas traumáticas y por fragilidad.

b) Fracture risk following high-trauma versus low-trauma fracture: a registry-based cohort study. Leslie WD, Schousboe JT, Morin SN, Martineau P, Lix LM, Johansson H, McCloskey EV, Harvey NC, Kanis JA. Osteoporos Int. 2020 Jun; 31(6): 1059-1067.

Resumen

El objetivo del estudio fue comparar la densidad mineral ósea (DMO) y el riesgo de nueva fractura en pacientes con fractura previa, traumática o no. Se analizó un registro de densitometrías (cohorte de Manitoba) y se identificó la población con fractura incidente y previa, traumática o no.

El Z-score medio era más bajo si había fractura traumática previa vs. ausencia de fractura, y similar a la de las pacientes con fractura por fragilidad. La fractura mayor osteoporótica incidente se asociaba con fractura previa traumática (aHR 1.31; 95% IC 1.08-1.59) y por fragilidad (aHR 1.55; 95% IC 1.47-1.63).

Conclusión: Las fracturas traumáticas y por fragilidad mostraron una relación similar con la DMO baja y futuro riesgo de fractura.

*Un Editorial de S. Cummings y R. Eastell referido a este artículo, destacaba que deberíamos abandonar la clasificación de las fracturas como traumáticas y por fragilidad

*Cummings SR, Eastell R. Stop (mis)classifying fractures as high- or low-trauma or as fragility fractures. Osteoporos Int. 2020; 31(6):1023-1024.

Validación de la densitometría y de los marcadores del recambio óseo como parámetros subrogados de fractura

a) Treatment-related changes in bone mineral density as a surrogate biomarker for fracture risk reduction: meta-regression analyses of individual patient data from multiple randomised controlled trials. Black DM, Bauer DC, Vittinghoff E, Lui LY, Grauer A, Marin F, Khosla S, de Papp A, Mitlak B, Cauley JA, McCulloch CE, Eastell R, Bouxsein ML; Foundation for the National Institutes of Health Bone Quality Project. Lancet Diabetes Endocrinol. 2020 Aug; 8(8): 672-682.

Resumen

El objetivo del estudio fue validar la DMO como parámetro subrogado de fractura, para reducir el tamaño de futuros ensayos aleatorizados y controlados. Se realizó un análisis conjunto de datos de pacientes individuales a partir de múltiples ensayos aleatorizados, controlados y doble ciego de fármacos para osteoporosis. Análisis de meta-regresión del cambio de DMO inducido por el tratamiento y la reducción del riesgo de fractura. Se incluyeron 23 ensayos (12 BFs, 1 ODN, 2 TH, 3 TPTD, 1 Dmab, 4 SERMs); n= 91779 pacientes.

Se observó una asociación significativa entre las diferencias en DMO a 24 m (activo-placebo) en columna lumbar, cuello de fémur y cadera total y la reducción del riesgo de fractura para fractura vertebral, no vertebral y de cadera. Los cambios en la DMO de cadera explicaron una proporción sustancial (44-67%) de la reducción del riesgo de fractura relacionada con el tratamiento.

Conclusión: La DMO es un parámetro subrogado válido para estimar el riesgo de fractura en futuros ensayos.

  1. Validation of the Surrogate Threshold Effect for Change in Bone Mineral Density as a Surrogate Endpoint for Fracture Outcomes: The FNIH-ASBMR SABRE Project. Eastell R, Vittinghoff E, Lui LY, McCulloch CE, Pavo I, Chines A, Khosla S, Cauley JA, Mitlak B, Bauer DC, Bouxsein M, Black DM. J Bone Miner Res. 2021 Sep 7.

Resumen

El objetivo del estudio fue validar el STE (Surrogate threshold effect, efecto del umbral subrogado), que es el cambio de un marcador que predice una mejoría en un desenlace, con un 95% de certeza. Así, el objetivo concreto fue validar el efecto del tratamiento en el cambio de DMO que predice una de reducción significativa del riesgo de fractura. Se realizó un análisis conjunto de datos individuales de 61415 participantes en 16 ensayos controlados y aleatorizados (BFs, SERMs, Dmab, ODN y TPTD) con DMO de cadera total a 2 años; % de cambio: activo-placebo, y se evaluó mediante un análisis de meta-regresión. Se validaron los resultados con 10 ensayos controlados y aleatorizados no incluidos en el metaanálisis.

Los STE para todas las fracturas, fracturas vertebrales, de cadera y no vertebrales fueron del 1,83%, 1,42%, 3,18% y 2,13%, respectivamente.

Conclusión: Este estudio valida el STE (efecto del umbral subrogado), que difiere según el tipo de fractura. Estos resultados apoyan el uso de DMO en cadera total de futuros ensayos terapéuticos en osteoporosis.

c) Treatment-Related Changes in Bone Turnover and Fracture Risk Reduction in Clinical Trials of Antiresorptive Drugs: Proportion of Treatment Effect Explained. Eastell R, Black DM, Lui LY, Chines A, Marin F, Khosla S, de Papp AE, Cauley JA, Mitlak B, McCulloch CE, Vittinghoff E, Bauer DC; Foundation for the National Institutes of Health (FNIH) Bone Quality Project. J Bone Miner Res. 2021 Feb; 36(2): 236-243.

Resumen

El objetivo del estudio fue validar los marcadores del recambio óseo (MROs) como parámetros subrogados de fractura, para reducir el tamaño de futuros ensayos aleatorizados y controlados. Se realizó un análisis conjunto de datos de pacientes individuales a partir de múltiples ensayos aleatorizados, controlados y doble ciego de fármacos para osteoporosis. Se efectuó un análisis de meta-regresión del cambio de MROs a 6 meses y reducción del riesgo de fractura (1-5 años). Se incluyeron un total de 16 ensayos (12 BFs, 4 SERMs); n= 62000 pacientes. Los MROs analizados fueron la fosfatasa alcalina ósea (FA ósea), el propéptido aminoterminal del procolágeno I (PINP) y el telopéptido carboxiterminal del colágeno I (CTX).

Se observó una relación entre la disminución de los tres MROs y el riesgo de fractura vertebral, pero no de otras fracturas. A mayor reducción de los MROs, menor riesgo de fractura vertebral. El porcentaje medio del cambio de respuesta fue: fosfatasa alcalina ósea 17%; PINP 31% y CTX 32%, similar al cambio mínimo significativo de cada uno de estos marcadores.

Conclusión: Los cambios en los MROs a los 6 meses explican en gran medida el efecto del tratamiento (PTE) en la reducción del riesgo de fractura vertebral, pero no para fractura no vertebral o de cadera.

Discontinuación de denosumab

a) Osteoclasts recycle via osteomorphs during RANKL-stimulated bone resorption. McDonald MM, Khoo WH, Ng PY, Xiao Y, et al. Cell. 2021 Apr 1; 184(7): 1940.

Resumen

Los osteoclastos (OCs) estimulados por RANKL tienen un destino celular alternativo a la apoptosis; los OCs se escinden en células “hijas” mononucleares: “osteomorphs”, que se fusionan y se reciclan en OCs.

La inhibición de RANKL bloquea este reciclaje y se acumulan los “osteomorphs”. Cuando se retira la inhibición de RANKL, los “osteomorphs” se fusionan rápidamente y forman OCs activos.

b) Treatment With Zoledronate Subsequent to Denosumab Discontinuation in Osteoporosis: A 2-Year Randomized Study. Sølling AS, Harsløf T, Langdahl B. J Bone Miner Res. 2021 Jul; 36(7): 1245-1254.

Resumen

El objetivo del estudio fue analizar la eficacia a largo plazo de zoledronato (ZOL) en el mantenimiento de DMO tras discontinuación de denosumab (Dmab). El diseño correspondía a un estudio aleatorizado y abierto a 2 años (resultados publicados a 1 año). Se administraba ZOL 5 mg, 6 o 9 meses después de última dosis de Dmab, o cuando CTX > 1.26 µg/L o bien, cuando la DMO disminuía > 5%. 58/61 pacientes completaron el estudio. La duración del tratamiento con Dmab fue de 4.6 ± 1.6 años.

De los 12 a los 24 meses después de la administración inicial de ZOL, la DMO en columna lumbar (CL), cadera total (CT) y cuello del fémur (CF) no cambió en ningún grupo durante el segundo año. Desde el inicio hasta los 24 meses después de ZOL, la DMO en CL disminuyó un 4,0 ± 0,8%, un 4,1 ± 0,8% y un 4,3 ± 1,5% en los grupos de 6 M, 9 M y OBS, respectivamente (p < 0,001, sin diferencias entre grupos). Asimismo, se observó una pérdida ósea significativa (CL, CT o CF) en todos los grupos 24 meses después de ZOL. CTX no cambió significativamente durante el segundo año (p > 0,05, sin diferencias entre grupos). Ningún paciente cumplió los criterios de CTX o de fractura para el retratamiento durante el segundo año; sin embargo, 9 pacientes fueron retratados en M24 debido a una pérdida de DMO ≥5%. Dos pacientes sufrieron una fractura no vertebral durante el segundo año de seguimiento.

Conclusión: ZOL no previene completamente el aumento de recambio ni la disminución de DMO durante el primer año. Sin embargo, durante el segundo año se mantiene la DMO y CTX se sitúa en el intervalo de referencia.

c) Fracture risk and management of discontinuation of denosumab therapy: a systematic review and position statement by ECTS. Tsourdi E, Zillikens MC, Meier C, Body JJ, Gonzalez Rodriguez E, Anastasilakis AD, Abrahamsen B, McCloskey E, Hofbauer LC, Guañabens N, Obermayer-Pietsch B, Ralston SH, Eastell R, Pepe J, Palermo A, Langdahl B. J Clin Endocrinol Metab. 2020 Oct 26:dgaa756.

Resumen

El objetivo y la metodología consistieron en una revisión sistemática de la literatura centrada en los cambios de DMO, MROs y riesgo de fractura tras discontinuación de denosumab (Dmab). Además, realizar recomendaciones basadas en la evidencia y en la opinión de expertos.

Se identificaron los factores de riesgo para el desarrollo de fracturas vertebrales múltiples tras discontinuación de Dmab: 1) fracturas vertebrales prevalentes; 2) mayor duración del tratamiento con denosumab; 3) mayor duración de la discontinuación; 4) mayor ganancia en DMO de cadera durante el tratamiento; 5) mayor pérdida de DMO de cadera tras discontinuación y una dudosa protección con el tratamiento previo con bisfosfonatos.

Se evidenció una eficacia parcial del tratamiento antirresortivo posterior, que parecía depender de la duración del tratamiento con Dmab.

Conclusión: Se recomienda realizar una reevaluación tras 5 años de tratamiento con Dmab. Los pacientes considerados de alto riesgo de fractura deberían continuar el tratamiento con Dmab hasta 10 años o cambiar a un tratamiento alternativo. En los pacientes con un riesgo bajo, se podría tomar la decisión de suspender el fármaco después de 5 años.

El tratamiento con Dmab no debe ser discontinuado sin considerar la administración de bisfosfonatos, para reducir o prevenir el rebote del recambio óseo. Actualmente se desconoce el régimen óptimo de bisfosfonatos, pero en base a los datos actuales, este grupo de expertos desarrolla un algoritmo de actuación terapéutica.

Efecto del tratamiento previo en la respuesta a romosozumab

Effects of prior osteoporosis treatment on early treatment response of romosozumab in patients with postmenopausal osteoporosis. Ebina K, Hirao M, Tsuboi H, Nagayama Y, Kashii M, Kaneshiro S, Miyama A, Nakaya H, Kunugiza Y, Okamura G, Etani Y, Takami K, Goshima A, Nakata K. Bone. 2020 Nov; 140: 115574.

Resumen

El objetivo del estudio fue investigar los efectos iniciales del tratamiento previo en pacientes que reciben romosozumab. El diseño correspondía a un estudio prospectivo y observacional. Se incluyeron 130 mujeres posmenopáusicas con osteoporosis (naïve 50; y previamente tratadas con bisfosfonatos (n=37), denosumab (n= 45) o teriparatida (n=16), que posteriormente recibieron romosozumab durante 12 meses. Se analizó la DMO en columna lumbar (CL), cuello de fémur (CF) y cadera total (CT), además de los MROs (PINP y TRAP-5b).

A los seis meses, los cambios en la DMO de CL fueron del 13,6%, 7,5%, 3,6% y 8,7% (p < 0,001 entre grupos) y en CF fueron del 4,2%, 0,4%, 1,6% y 1,5% (p= 0,16 entre grupos) para los grupos naïve, BP, Dmab y TPTD, respectivamente. El análisis de regresión multivariante reveló que los predictores significativos del cambio de DMO en CL a los seis meses eran la diferencia del fármaco previo (r = -3,1, P = .0027), el cambio porcentual de TRAP-5b (r = -2,8, P = .0071) y el valor de PINP al mes (r = 3,2, P = .0021).

Conclusión: Los cambios de DMO en los primeros 6 meses de tratamiento con romosozumab están influenciados por el tratamiento previo.

Investigación básica

Autora: Natalia García Giralt. Institut Hospital del Mar d´Investigacions Mèdiques. Barcelona.

Cambio de paradigma en la biología de los osteoclastos

Osteoclasts recycle via osteomorphs during RANKL-stimulated bone resorption. McDonald MM, Khoo WH, Ng PY, Xiao Y, Zamerli J, Thatcher P, Kyaw W, Pathmanandavel K, Grootveld AK, Moran I, et al. Cell. 2021 Mar 4; 184(5): 1330-1347.e13.

Resumen

Gran parte de nuestros conocimientos actuales sobre biología de los osteoclastos tiene su origen en estudios en la década de 1970 que demostraron, mediante experimentos de parabiosis que los precursores mononucleares se fusionan para generar células fagocíticas óseas multinucleadas, altamente especializadas y localizadas, que luego sufren apoptosis en semanas (Buring, 1975). Posteriormente, se descubrió que dos citoquinas clave eran necesarias y suficientes para la formación de osteoclastos: el factor estimulante de colonias de macrófagos (M-CSF) y el ligando del receptor activador para el factor nuclear kB (RANKL) (Lacey et al., 1998). Estos estudios proponen que los precursores de un linaje monocítico se fusionan para formar células altamente especializadas multinucleares que ya no tienen la capacidad de proliferar y que son capaces de reabsorber hueso (Zaidi et al., 2018). La duración de la vida de los osteoclastos se estimaba que era relativamente corta, de entre 2 y 6 semanas, y que entraban en apoptosis tras el cese de la resorción en un sitio determinado.

Sin embargo, estudios recientes en ratones han cambiado esta visión de una vida efímera para los osteoclastos. McDonald et al. (2021) han desarrollado una técnica novedosa que utiliza reporteros fluorescentes para visualizar la formación de osteoclastos en la tibia de ratones adultos in vivo. En concreto, introdujeron en la médula ósea de ratones irradiados una combinación de células de dos ratones donantes diferentes: uno que expresaba tdTomato en células mieloides LYSM+ y otro que expresaba la GFP dirigida por los promotores Csf1r o Blimp-1. La fusión de ambas células para formar un osteoclasto multinucleado permitió su seguimiento con la mezcla de las dos señales fluorescentes. Mediante esta técnica, los autores fueron capaces de observar lo que pasaba en el córtex de las tibias usando imágenes dinámicas. Se observó que los osteoclastos tenían un aspecto estelar y experimentaban eventos dinámicos de fisión en células hijas más pequeñas y móviles, a las que denominaron “osteomorfos”.

Estos osteomorfos eran capaces de migrar a otras regiones del cuerpo y luego se fusionan con los osteoclastos cercanos en un proceso relativamente equilibrado, en el que alrededor del 1% de los osteoclastos experimentaban un evento de fusión o de fisión por hora. Estos hallazgos cambian la premisa que los osteoclastos sufren apoptosis después de la resorción y apoyan una noción alternativa de que se trata de células de larga vida.

De manera interesante se observó que estas células tenían un programa transcripcional único cuando se les realizó un “single-cell RNA sequencing” (secuenciación del ARN de una única célula). Aunque los osteomorfos de la médula ósea tenían una concordancia transcriptómica del 75% con los osteoclastos y expresaban muchos de sus genes tradicionales, como la Ctsk (catepsina K), Acp5 (fosfatasa ácida resistente a los tartratos, TRAP), y Nfatc1 (NFAT2), se identificó un perfil de 151 genes exclusivos de los osteomorfos.

Finalmente, mutaciones de pérdida de función en estos genes específicos de los osteomorfos, como la bifosfoglicerato mutasa (Bpgm) y la proteína F-box 7 (Fbxo 7) producían un fenotipo óseo en ratones.

Estos nuevos conocimientos en la biología de los osteoclastos han proporcionado una explicación al fuerte aumento del riesgo de fractura tras la interrupción de la terapia con denosumab en personas con osteoporosis (Anastasilakis et al, 2020). Se evidenció en modelos murinos que los osteomorfos se acumulaban en la médula ósea tras el tratamiento con OPG:Fc, un agente que bloquea el RANKL y que imita la acción del denosumab, y que tras la retirada de OPG:Fc, los osteomorfos se fusionaron rápidamente para formar osteoclastos que reabsorben activamente el hueso. Esto reitera la sugerencia de que la interrupción del tratamiento con denosumab debe ir seguido de un tratamiento de agente inductor de la apoptosis de los osteoclastos, como un bifosfonato, para evitar que los osteomorfos se conviertan rápidamente en osteoclastos y así evitar el efecto rebote.

  • Anastasilakis, A.D., Evangelatos, G., Makras, P., and Iliopoulos, A. (2020). Rebound-associated vertebral fractures may occur in sequential time points following denosumab discontinuation: need for prompt treatment re-initiation. Bone Rep. 12, 100267.
  • Buring, K. (1975). On the origin of cells in heterotopic bone formation. Clin. Orthop. Relat. Res. (110), 293–301.
  • Lacey, D.L., Timms, E., Tan, H.L., Kelley, M.J., Dunstan, C.R., Burgess, T., Elliott, R., Colombero, A., Elliott,G., Scully, S., et al. (1998).Osteoprotegerin ligand is a cytokine that regulates osteoclast differentiation and activation. Cell 93,165–176.
  • Zaidi, M., Yuen, T., Sun, L., and Rosen, C.J. (2018). Regulation of skeletal homeostasis. Endocr. Rev. 39, 701–718.

Las células madre esqueléticas envejecidas generan nicho inflamatorio degenerativo

Aged skeletal stem cells generate an inflammatory degenerative niche. Ambrosi TH, Marecic O, McArdle A, Sinha R, Gulati GS, Tong X, Wang Y, Steininger HM, Hoover MY, Koepke LS, Murphy MP, Sokol J, Seo EY, Tevlin R, Lopez M, Brewer RE, Mascharak S, Lu L, Ajanaku O, Conley SD, Seita J, Morri M, Neff NF, Sahoo D, Yang F, Weissman IL, Longaker MT, Chan CKF. Nature. 2021 Sep; 597(7875): 256-262.

Resumen

Las Skeletal Stem Cells (SSC) o células madre esqueléticas son células capaces de autorrenovarse, restringidas localmente al hueso con la capacidad de reconstituir un entorno para la hematopoyesis activa, y de mostrar multipotencia en condiciones in vivo. Las SSC auténticas son aquellas células madre estromales residentes en la médula ósea del hueso que se diferencian hacia células del linaje de hueso, cartílago y estroma pero no de la grasa. Así, el término “SSC” debería reservarse únicamente para la población celular altamente selectiva y homogénea responsable del desarrollo, crecimiento y regeneración/reparación de los órganos óseos (Ambrosi TH et al. 2019). En un estudio realizado por Ambrosi TH et al. (2021) se ha observado que las SSC envejecidas muestran una disminución en el potencial de formación del tejido óseo y del cartílago, mientras que estas células se diferencian más hacia los linajes estromales que expresan altos niveles de citocinas proinflamatorias y pro-resortivas. En este estudio, se utilizaron ratones “Rainbow” en un entorno de regeneración esquelética (fractura ósea) para comparar la actividad clonal de las SSC en callos de ratones de 2 meses frente a ratones de 24 meses. Se encontró una actividad clonal significativamente mayor en los callos de ratones de 2 meses en comparación con ratones de 24 meses al día 10 después de la fractura. Tanto en huesos ilesos como fracturados se observó una reducción en el número de SSC y BCSP (Bone, Cartilage, and Stromal Progenitor) relacionada con la edad. Finalmente, los análisis de citometría de flujo revelaron que la diferenciación del linaje SSC se desplazó hacia a un fenotipo THY1 + pro-mieloide. En un experimento de parabiosis con emparejamientos isocrónicos de ratones de 2 meses o de ratones de 24 meses, así como el emparejamiento de 2 ratones heterocrónicos (uno de 2 meses con uno de 24 meses) se observó que la exposición a la sangre envejecida redujo significativamente la DMO en los ratones jóvenes heterocrónicos en comparación con controles jóvenes isocrónicos y se asemejaban a los ratones isocrónicos de 24 meses. Durante la regeneración esquelética a los 10 días de la fractura, la exposición a la sangre joven no mejoró la capacidad regeneradora en los ratones envejecidos donde cada ratón se comportó según la edad que tenía.

Además, se observó un aumento pronunciado en la expresión Csf1 en las subpoblaciones celulares en ratones de 24 meses con un perfil hacia la osteoclastogénesis inflamatoria. En paralelo, la expresión específica de Csf1 en el linaje de las SSC coincide con una mayor expresión de Csf1r en progenitores de granulocitos-monocitos. En consecuencia, las células mononucleares de la médula ósea de ratones de 24 meses exhibieron una mayor actividad osteoclástica in vitro en comparación con las células de la médula ósea de ratones de 2 meses, lo que indica frecuencias más altas de osteoclastos progenitores. La secreción de CSF1 en cultivos in vitro de las SSC y las BCSP, purificadas con FACS, era significativamente mayor en las células de ratones de 24 meses. También se encontró un aumento generalizado de factores inflamatorios (por ejemplo, IL-1β, IL-10 y TNF) en el suero de ratones envejecidos. De esta manera, se probó que había diferencias específicas en la expresión génica como consecuencia del envejecimiento, en que las SSC de ratones de 24 meses tenían mayor expresión de genes asociados a la reducción de la formación del hueso y al aumento de la resorción ósea a través de la generación de un nicho inflamatorio pro-osteoclástico.

Finalmente, se consiguió una restauración de la regeneración ósea en ratones envejecidos con el uso de hidrogeles que contenían una combinación de un potente agente osteoinductivo como la BMP2 (5 µg) y un antagonista de CSF1 (aCSF1) a una dosis de 2 μg (“bajo”) o 5 μg (“alto”). El análisis por FACS de los callos mostraron que la BMP2 era suficiente para aumentar la frecuencia de SSC a niveles juveniles a pesar de no tener ningún efecto sobre el tamaño de los callos. Además, se observó que la combinación de BMP2 junto con dosis bajas de aCSF1 restauró la resistencia mecánica de los fémures en los ratones de 24 meses de edad. A nivel molecular, la scRNA-seq de los callos de fractura a día 10 mostró una expresión mucho mayor de genes osteocondrogénicos en los ratones de 24 meses de edad que fueron tratados con BMP2 y una dosis baja de aCSF1. En resumen, estos hallazgos revelan la naturaleza multifacética del envejecimiento esquelético, en el que el envejecimiento de las células madre esqueléticas contribuyen al deterioro funcional del tejido esquelético y de su capacidad de regeneración.

  • Ambrosi Thomas H., Longaker Michael T., Chan Charles K. F. A Revised Perspective of Skeletal Stem Cell Biology. Frontiers in Cell and Developmental Biology 2019, VOL. 7:189

El mapeo transcriptómico de osteocitos identifica un perfil molecular que controla la homeostasis del hueso y la susceptibilidad a la enfermedad esquelética

Osteocyte transcriptome mapping identifies a molecular landscape controlling skeletal homeostasis and susceptibility to skeletal disease. Youlten SE, Kemp JP, Logan JG, Ghirardello EJ, Sergio CM, Dack MRG, Guilfoyle SE, Leitch VD, Butterfield NC, Komla-Ebri D, Chai RC, Corr AP, Smith JT, Mohanty ST, Morris JA, McDonald MM, Quinn JMW, McGlade AR, Bartonicek N, Jansson M, Hatzikotoulas K, Irving MD, Beleza-Meireles A, Rivadeneira F, Duncan E, Richards JB, Adams DJ, Lelliott CJ, Brink R, Phan TG, Eisman JA, Evans DM, Zeggini E, Baldock PA, Bassett JHD, Williams GR, Croucher PI. Nat Commun. 2021 May 5; 12 (1): 2444.

Resumen

En este estudio publicado por Youlten SE et al. (2021) se realizó un transcriptoma de tejido óseo enriquecido en osteocitos (> 80% de las células presentes) de tibias, fémures y húmeros de ratones de 16 semanas. Un total de 14.794 genes se expresaron activamente en los tres tipos de huesos con el 92% de los genes coincidentes en los tres sitios y el 96% de los genes fueron validados en uno de los tres conjuntos de datos independientes, que incluían una línea celular osteocítica IDG-SW3, una captura láser micro-disecada de osteocitos u osteocitos aislados por digestión con colagenasa. El número de genes expresados activamente en los osteocitos fue similar al de otros tejidos, que incluyen 8997 genes expresados en los 12 órganos y tejidos examinados. Los osteocitos formaron un grupo separado en un análisis de componentes principales (PCA), lo que confirma que el transcriptoma de osteocitos es claramente distinto del transcriptoma de otros tejidos. Por otro lado, 27 genes se expresaron diferencialmente entre los sitios esqueléticos analizados. Todos ellos codificaban por factores de transcripción implicados en el desarrollo y más de la mitad eran genes homeobox o lncRNA antisentido de Hox, lo que indicaba que esta familia puede ser importante para mantener la identidad de los osteocitos en diferentes sitios.

Con un modelo de mezcla gaussiano de cuatro componentes (GMM) se definió una firma transcriptómica específica de osteocitos de 1239 genes. La mayoría de estos genes distintivos del transcriptoma de osteocitos (78%, n = 968) no se les conoce un papel en el esqueleto. Se observó que los genes importantes para las funciones específicas de osteocitos se expresaban activamente y de manera preferente en los osteocitos en comparación con otros linajes celulares dentro del hueso, incluidas las células de la médula ósea y las células que recubren el hueso. Entre estos genes se encontraban Sost y Mepe que estaban enriquecidos > 100 veces y Dmp1> 40 veces. La expresión de los genes de mantenimiento (“Housekeeping”) era comparable a otras células y los genes que se expresan típicamente en las células de la médula ósea se encontraban reducidos en las muestras enriquecidas en osteocitos.

El número total de genes expresados activamente por los osteocitos aumentaba con la maduración esquelética con un 81% de genes expresados en todas las edades en ambos sexos. La comparación de la expresión génica entre grupos de edad mostró diferencias entre las 4 y 10 semanas de edad, pero no de 10 a 16 semanas o 16 a 26 semanas, lo que demuestra que el transcriptoma de osteocitos expresado durante el crecimiento es distinto del transcriptoma en el esqueleto adulto. La comparación entre sexos mostró un transcriptoma diferente entre ratones machos y hembras en el esqueleto maduro (16 semanas, P = 8.0 × 10−3 y 26 semanas, P = 2,8 × 10−2), pero no a edades más tempranas.

Finalmente se evaluó si los genes distintivos del transcriptoma de los osteocitos tenían un papel funcional en el esqueleto, mediante el análisis de ratones con deleciones de un solo gen (knockouts) que tenían un fenotipado esquelético detallado mediante el programa Origin of Bone and Cartilage Disease (OBCD) (http: //www.boneandcartilage. Com /bonepipeline.html). Había 733 líneas de ratón knockout con fenotipado óseo estructural y funcional, de los cuales 64 tenían deleciones de genes presentes en la firma del transcriptoma de osteocitos. En total, 26 (41%) de estas líneas knockout tenían fenotipos esqueléticos estructurales y/o funcionales. Once estaban en genes con roles establecidos en el esqueleto, incluidos Daam y Pls. Quince estaban en genes no anotados con fenotipos esqueléticos en las bases de datos de GO o MGI, lo que sugiere que son reguladores novedosos de la estructura y/o función ósea.

Además, esta firma transcriptómica de osteocitos estaba altamente enriquecida en genes ortólogos humanos que causan trastornos monogénicos esqueléticos (P = 2,4 × 10−22) y que están asociados con enfermedades complejas como la osteoporosis (P = 1,8 × 10−13) y la artrosis (P = 1,6 × 10−7). Por lo tanto, definir la firma del transcriptoma de osteocitos representa un paso crítico hacia la comprensión de los procesos fundamentales que subyacen a la fisiología esquelética y la etiología celular y molecular de la enfermedad esquelética humana.

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