Proteína morfogenética ósea 2 (bmp-2)

Las BMP fueron descubiertas por Urist en la década de 1960 cuando mostró que la implantación de hueso desmineralizado en tejido intramuscular de conejos inducía la formación de hueso y cartílago. Desde este descubrimiento, también se ha demostrado que las BMP desempeñan funciones clave en varios procesos biológicos, incluidos el desarrollo de las extremidades, los riñones, la piel, el cabello y las neuronas, además de mantener la homeostasis vascular (Ali 2014).

Las proteínas morfogenéticas óseas (BMP) -2 y -4, son miembros de la superfamilia del factor de crecimiento transformante-β (TGF-β) y suscitan su respuesta a través de los llamados receptores de tipo I y II. BMP-2 y -4 interactúan con el receptor de quinasa similar a la activina (ALK) 2, ALK3 y ALK6, que son receptores de tipo I que forman complejos con el receptor BMP tipo II (BMPRII).

En la señalización de BMP canónica, los receptores fosforilan proteínas reguladas específicas (R) -SMAD (las proteínas SMAD son homólogas tanto de la proteína MAD como de la proteína SMA,

59 el nombre es una fusión de las dos), que se translocan al núcleo y regulan la transcripción de genes. SMAD 1/5/8 media la señalización BMP, mientras que SMAD 2/3 media la señalización del factor de crecimiento transformante β (TGFβ) (Boström 2011), son mediadores inflamatorios en el endotelio vascular que responden al flujo alterado, al aumento del estrés oxidativo, a la inflamación, a la hiperfosfatemia (Li 2008) y a la hiperglucemia. Las células de músculo liso vascular bovino (SMC) (Chen 2012) y la vena umbilical humana, segregan más BMP-2 cuando se tratan con niveles elevados de glucosa (Zhang 2008), la expresión vascular de BMP-2, BMP-7 y BMPRII aumenta en la diabetes autoinmune temprana en ratones y la BMP-4 aórtica aumenta a medida que la diabetes avanza en ratones db/db (Chen 2012). También hay evidencia de que la diabetes estimula la diferenciación osteogénica en los miofibroblastos aórticos mediante el aumento de la vía BMP-2/Msx2-Wnt en ratones receptores de lipoproteínas de baja densidad, alimentados con grasa (Al-Aly 2007) (Figura 17).

En estudios in vivo también se ha demostrado que los niveles altos de glucosa aumentan la expresión de BMP2 y además se correlacionan positivamente con la HbA1c, lo que sugiere que los niveles de glucosa elevados crónicamente pueden aumentar la expresión de BMP-2 en pacientes con DM2 (Zhang 2015).

Figura 17. La DM (diabetes mellitus) induce la regulación de los osteoblastos.

60 En condiciones saludables, la proteína morfogenética ósea (BMP), el factor de crecimiento transformante β (TGF-β), Wnt, la señalización de insulina y neurotransmisores son necesarios para el funcionamiento y supervivencia normales del osteoblasto. La unión de BMP con su receptor (BMPR) activa el gen correspondiente a través de (a) Vía dependiente de Smad: que requiere la proteína SMAD (SMAD 1/5/8) o (b) Vía no dependiente de smad: en la que se activa RUNX2 o AP- 1 a través de la vía mediada por MAPK-ERK. La vía de Wnt-Frizzled regula positivamente la expresión génica a través de la vía mediada por β-catenina o RUNX2 y la acumulación de calcio a través de la vía mediada por PKC. TGF-β también es un regulador positivo de la función de los osteoblastos y ejerce su efecto sobre el gen respectivo a través de la vía dependiente de SMAD 2/3 o de la vía mediada por MAPK-ERK. La DM también induce la producción de diferentes citoquinas proinflamatorias, incluidas la interleucina 6 (IL-6), IL-1, AT-2 y TNF, que regulan negativamente el funcionamiento de los osteoblastos. La unión de IL-6 con su receptor IL-6 receptor (IL6R) secuestra la vía ERK, así como induce el gen para transcribir varios inhibidores, incluyendo MGP, OPG, OSX. La DM también reduce la producción de vitamina D, que a su vez induce la secreción de la hormona paratiroidea (PTH). La unión de PTH con el receptor de PTH (PTHR) inhibe la señalización de TGF-β a través de la inhibición del receptor de TGFβ (TGFβR), aunque PTHR activa las vías β-Cat y ERK. La DM inducida por IR (DM tipo 2) o la deficiencia de insulina (DM tipo 1) también limita la formación de hueso mediado por la insulina. TNT: neurotransmisor; HTR2β: receptor de 5-hidroxitriptamina 2 β; I: Insulina; IR: receptor de insulina;

LRP: proteína relacionada con el receptor de lipoproteínas de baja densidad; FZD: Frizzled; TNF: factor de necrosis tumoral; TNFR:

receptor de TNF; JAK: Janus quinasa; STAT: transductores de señal y activadores de transcripción; AP-1: proteína activadora 1;

ERK: quinasa regulada por señal extracelular; MAPK: proteína quinasa activada por mitógeno; RUNX2: Factor de transcripción relacionado con Runt 2; PKA: proteína quinasa A; PKC: proteína quinasa C; β-cat: β catenina; GSK3b: glucógeno sintasa quinasa 3b; SMURF: factor regulador de la ubicuidad SMAD; MGP: Matriz de proteína gla; OC: osteocalcina; OSX: Osterix; OPG:

osteoprotegerina; DKK-1: proteína 1 relacionada con Dickkopf; Sost: esclerostina; TWSG1: Gremlin retorcido; Ang-II: angiotensina-II; AGEs: productos finales de glicación avanzada; GRB2: proteína unida al receptor del factor de crecimiento(Tomada de Roy 2013).

Las BMP pueden derivar de las tres capas de la pared vascular: adventicia, media e íntima. Se unen a los receptores de BMP en las células endoteliales (CE), pericitos o CVML; y a su vez, aceleran la calcificación medial o intimal (Figura 18). Además, la activación de varias BMP se ha asociado con la aterosclerosis, la vasculopatía diabética y la enfermedad renal crónica, que se sabe que aceleran el proceso de la CV (Bardessi 2017).

61 Figura 18. Papel propuesto de BMP2 / MSX2 en la calcificación vascular.

Dependiendo de la configuración, BMP2 puede estimular un programa de osificación de tipo intramembranoso o un programa de tipo endocondral, con la diferencia de si SOX9 está activado o no (Tomada de Hruska 2005).

3.4.2. Interleucina 6 (il-6)

La interleucina 6 (IL-6), se identificó en 1986 como un factor producido por los linfocitos T, que media el crecimiento y la síntesis de inmunoglobulinas en los linfocitos B. La IL-6 es un miembro de una gran familia de citoquinas que comparte un receptor de membrana gp130. Este receptor media la activación específica de tres partes clave de la señalización de JAK-STAT: las Janus quinasas (JAK), el transductor de señal y el activador de proteínas de transcripción (STAT) (JAK/STAT3), que inducen la expresión generalizada de genes proinflamatorios e inmunorreguladores (Ishihara 2002).

La IL-6 es secretada por múltiples células, como células inmunes, fibroblastos, células endoteliales, músculo esquelético y tejido adiposo. Se trata de una citocina pleiotrópica con múltiples efectos que van desde la inflamación y la defensa hasta el daño tisular. Circula de forma

induced.⁷² This suggests that BMP-2 may have different effects on VSMC in vitro depending on the state of prolifer-ation. Another possibility is that the effects of BMP-2 may be part of a continuum. In other words, once BMP-2 induces cell cycle arrest, further exposure to BMP-2 results in loss of SMC markers and gain of an osteoblastic profile gene expression probably related to stimulation of Msx2, a tran-scription factor promoting osteogenic gene expression includ-ing alkaline phosphatase, osteopontin and many others.^7,73,74 The actions of BMP-2 may increase apoptosis. Indeed, studies have shown that the regulation of the cell cycle by p21 is closely linked to cell death and apoptosis.^7,75,76Moreover, BMP-2 induces apoptosis in pulmonary VSMCs.⁷⁷Apoptosis appears to be critical to the initiation and propagation of the calcification of CVCs.⁷⁸ Not only does apoptosis appear to precede nodule formation in CVCs, but inhibition of apopto-sis appears to reduce calcification in vitro. Similarly, en-hancement of apoptosis increased calcification. Indeed, apo-ptotic bodies have been described surrounding calcified areas in both atherosclerosis and Mo¨nckeberg sclerosis.⁷⁹Thus it appears that apoptosis plays a role in the development of vascular calcification. Whether BMP-2–induced apoptosis is also involved remains to be seen.

Induction of Vascular Matrix Mineralization by BMP-2

BMP-2 is expressed by cells in atherosclerotic lesions and in periadvential myofibroblasts and tunica media cells.^2,11,14 BMP-2 induction in the vasculature may be related to oxidative stress, inflammation, and hyperglycemia.^{2,80 – 82}

BMP-2 is a powerful bone morphogen and its expression may entrain the elaboration of osteogenic transcriptional regula-tory programs in the arterial tree.^2,11 BMP-2 induces both Msx-2 and Runx/Cbfal in VSMCs (Figure 2).⁸³ Msx-2 is required for intramembranous bone formation, and Cbfal is critical in osteoblast differentiation, endochondral bone for-mation, and neovascularization.^7,84 Recent studies demon-strate that Msx-2– dependent transcriptional programming may drive osteoblastic lineage development.⁷³

MSX2appears to be a critical gene in vascular calcification upregulated by the action of BMP-2. MSX2is a member of the homeobox gene family and plays an important role in bone formation and temporal spatial timing of osteoblast differentiation.⁸⁵ A gain-of-function mutation in the MSX2 homeodomain causes the autosomal dominant Boston-type craniosynostosis.^86,87The effect of the gain function mutation in MSX2 promotes enhanced DNA binding to promoter elements of genes associated with mineralization.^7,87 MSX2 deficiency produces defective skull ossification and persistent calvarial foramen.⁷Haploinsufficiency ofMSX2causes per-sistent patency of the parietal foramen.⁷⁴ The skull and the clavicle are bones formed by intramembranous mineraliza-tion, a process without a cartilage intermediate as compared with endochondral ossification. Thus, MSX2 is a critical regulator of intramembranous bone formation. The mineral-ization process of tunica media calcification is akin to intramembranous bone formation, and studies demonstrate MSX2 expression and function in vascular media calcification.^2,73

Figure 2.Proposed role of BMP2/MSX2in vascular calcification. Depending on the setting, BMP2 can stimulate an intramembranous-like ossification program or an endochondral-intramembranous-like program, the difference being whether or not SOX9 is activated.

Hruska et al Vascular Calcification in CKD 109

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62 glicosilada, en tamaños que oscilan entre los 22κ a 27κ. En referencia a su receptor, homólogo al receptor de leptina, existe una forma transmembrana y otra soluble. Un complejo conformado por el receptor y por dos moléculas homodimerizadas, da inicio a la señalización intracelular de IL-6, un tercio de la cual se expresa en los adipocitos y en la matriz del tejido adiposo. Por otro lado, disminuye también la señalización de insulina en tejidos periféricos, inhibe la adipogénesis y desciende la secreción de adiponectina (Gónzalez 2014). Así, su expresión y secreción son de dos a tres veces mayores en el tejido visceral que en el tejido subcutáneo, circula en altos niveles sanguíneos y su expresión y niveles circulantes se correlacionan positivamente con obesidad, con intolerancia a la glucosa y con insulinorresistencia. En este sentido, las concentraciones sistémicas de IL-6 están elevadas en los pacientes con DM1 y DM2 (Campbell 1989, Pickup 1997, Carey 2004, Bastard 2000, Vozarova 2001), y en general se acepta que las elevaciones en las concentraciones plasmáticas y/o tisulares de IL-6 tienen un efecto negativo sobre el metabolismo (Saito 2003).

La IL-6, se ha asociado a rigidez aórtica. Los pacientes con niveles elevados de IL-6 tenían mayor prevalencia de DM y enfermedad cardiovascular aterosclerótica. Incluso, después de ajustar por edad, DM, HTA, las enfermedades cardiovasculares ateroscleróticas y el tabaquismo, la IL-6 todavía estaba asociada con la rigidez aórtica (Desjardins 2018), con la gravedad de calcificación de la arteria coronaria (Larsen 2017), y con la presencia y severidad de isquemia miocárdica silente en paciente con DM2 (Guzel 2013). También, los niveles de IL-6 se han estudiado como predictores de enfermedad cerebrovascular (ECV) y mortalidad en pacientes con enfermedad renal crónica (ERC) terminal (Honda 2006).

Hay evidencia de que la IL-6 en niveles elevados crónicos aumenta la resistencia a la insulina, aunque por contra, la administración aguda de IL-6 aumenta la tolerancia a la glucosa en ratas sanas (Holmes 2008) y también en individuos sanos (Carey 2006).

3.4.3. Osteoprotegerina (OPG)

La osteoprotegerina (OPG) ó factor inhibidor de la osteoclastogénesis (OCIF) ó miembro de la superfamilia del receptor de TNF 11b: (TNFRS11B), descubierta en 1997 por Simonet y cols (Simonet 1997, Rochete 2018), es una citoquina que forma parte de la superfamilia de receptores del factor de necrosis tumoral (TNF). Es una glicoproteína compuesta por 401 aminoácidos que posee un peso molecular de 60 kDa si se encuentra como monómero, o de 120 kDa si se encuentra

63 como dímero unido por puentes disulfuro. La OPG consta de 7 dominios estructurales, de los cuales los dominios 1 a 4 ricos en cisteína amino-terminal comparten algunas características con los dominios extracelulares de otros miembros de la familia TNFR (Yamaguchi 1998, Yasuda 1998). Su concentración plasmática es 1-2 µg/L, aproximadamente (Sanchis 2008).

El gen OPG humano representa un gen de copia única que contiene 5 exones y abarca 29 kb del genoma humano ubicado en el cromosoma 8. Los niveles de OPG son específicos de género, es decir, las mujeres tienen niveles de OPG más altos que los hombres. Además, la OPG está fuertemente asociada con la edad (Mogelvang 2013).

La OPG es producida por una variedad de tejidos, incluyendo el sistema cardiovascular (corazón, arterias, venas), pulmón, riñón, intestino y hueso, así como células hematopoyéticas e inmunes.

La expresión y producción de la proteína está modulada por diversas citocinas, péptidos, hormonas y fármacos. Se sabe que las citocinas, incluyendo TNF-α, interleucina (IL)-1a, IL-18, factor de crecimiento transformante (TGF) -β, proteínas morfogenéticas óseas y hormonas esteroideas como 17β-estradiol regulan positivamente los niveles de ARNm de OPG. En contraste, los glucocorticoides (conocido por promover la resorción ósea), el inmunosupresor ciclosporina A (que favorece la osteoporosis y la enfermedad vascular), la PTH, la prostaglandina E2, y el factor de crecimiento de fibroblastos, suprimen la expresión de OPG. Además, en un estudio se encontró que la fuerza de tensión aplicada a la superficie ósea es seguida por una mayor síntesis de ARNm de OPG, mientras que la expresión de OPG por células de médula ósea disminuyen con el envejecimiento, lo que lo implica a la OPG además, como mediador potencial de la osteoporosis senil favorecida por la inmovilización (Schoppet 2002, Rochete 2018).

También se dice que los polimorfismos de OPG participan en la patogénesis de cánceres, aterosclerosis y enfermedades cardiovasculares. En cuanto a las enfermedades metabólicas como el síndrome metabólico y la diabetes, algunos resultados sugieren que el polimorfismo del gen OPG pueden jugar un papel importante en el inicio y el resultado de estas enfermedades. Se ha estudiado la frecuencia del polimorfismo de nucleótido único A163G del gen OPG y su asociación con complicaciones microvasculares y macrovasculares diabéticas. Sin embargo, en algunos estudios, el análisis estadístico no mostró diferencias significativas en la distribución del polimorfismo OPG A163G en pacientes diabéticos y grupos control. Los mecanismos subyacentes a la regulación de los niveles de OPG, el polimorfismo de OPG y las enfermedades metabólicas

64 no están completamente dilucidados hoy en dí(Guo 2013, Pérez de Ciriza 2014, Soysal-Atile 2015, Rochette 2018).

Varios estudios epidemiológicos han mostrado una asociación positiva entre los niveles de OPG y la calcificación vascular y también en pacientes en diálisis peritoneal (Ramirez-Sandoval 2016, Montagnana 2013, Ávila 2017) Los niveles más altos de OPG se han asociado de forma independiente con eventos cardiovasculares (Koo 2011) y se han identificado como un factor de riesgo relacionado con el desarrollo de novo de la calcificación de la válvula mitral (Avila-Díaz 2013), además de estar correlacionados positivamente con la calcificación vascular de la aorta (Huang 2014) y con una velocidad de onda del pulso aórtico elevada (Krzanowski 2014). La OPG se ha asociado como el predictor más fuerte de riesgo de desarrollo o progresión de calcificación vascular (Avila 2017). Aunque, otros investigadores sostienen que la OPG es un inhibidor de la calcificación vascular (Min 2000) al regular los efectos procalcíficos de RANKL en las CVML. la OPG es un importante regulador de la remodelación ósea al bloquear la unión de RANKL a su propio receptor de superficie celular RANK, inhibiendo así la formación de osteoclastos dependiente de RANKL (Callegari 2014). Por lo tanto, según esta afirmación parece contradictorio que los niveles de OPG sean más altos en los pacientes con calcificación (Van 2009) y también en pacientes con diabetes (Maser 2015). Por lo que, se sugiere que los niveles de OPG reflejan la síntesis y la secreción por las células de la pared vascular, principalmente las células musculares lisas y las células endoteliales, y por lo tanto podrían amplificar los efectos adversos de la inflamación en la disfunción de las células endoteliales (Ramirez-Sandoval 2016). En este sentido los diferentes estudios indican que la OPG no es solo un marcador, sino también un mediador de la patología vascular que modula las respuestas osteogénicas, inflamatorias y apoptóticas (Van 2009).

3.4.4. Adiponectina (APN)

La adiponectina es una nueva adipocina, también conocida como GBP28 (proteína de unión a gelatina de 28 kDa) o apM1 (Zhan 2015), producida por el tejido adiposo blanco y marrón (Luo 2018) y se secreta predominantemente por adipocitos diferenciados (Zhan 2015). Tiene múltiples funciones biológicas que incluyen actividad antioxidante, antiateroesclerosis, antiinflamatoria, antiproliferación y tiene una influencia importante en las condiciones de los pacientes con complicaciones cardiovasculares (Luo 2018, Kanae 2018). También tiene efectos sobre el metabolismo de la glucosa y la sensibilidad a la insulina, el metabolismo de los lípidos, la

65 inflamación y otros procesos (Zhan 2015). A pesar de su origen en el tejido adiposo, las concentraciones de adiponectina en circulación se asocian inversamente con la adiposidad y el índice de masa corporal (IMC), disminuyendo con el aumento de peso y aumentando con la pérdida de peso (Registre 2013).

Otros investigadores demostraron que la adiponectina inicial más alta se asoció significativamente con una disminución de la progresión de la CAC a lo largo del tiempo, y cada aumento de la desviación estándar en la adiponectina predijo probabilidades de un 24% más bajas de progresión de la CAC, tras ajustar por edad, estilo de vida y tamaño corporal. El efecto protector de la adiponectina fue significativo para los hombres pero no para las mujeres (Larsen 2017). También se relacionó la adiponectina sérica con la densidad ósea, la adiposidad y la calcificación de placa aterosclerótica en pacientes afroamericanos con DM2, donde los niveles séricos de adiponectina se asociaron inversamente con la densidad mineral ósea vertebral torácica y lumbar, la inflamación y la adiposidad visceral, pero no con la calcificación de la placa ateroesclerótica vascular después del ajuste de las covariables. Los datos apoyan un papel regulador/de señalización para la adiponectina en la modulación de la densidad ósea (Registre 2013).

Zhan y cols demostraron que los niveles de adiponectina plasmática se asocian significativamente con la calcificación de la aorta torácica en ancianos chinos, concluyendo que un nivel más bajo de adiponectina en plasma puede ser un indicador útil de la calcificación arterial en ancianos (Zhan 2015).