Protein quan trọng được xác định có tác dụng ngăn ngừa mất khối lượng xương trong bệnh loãng xương

Loãng xương, một tình trạng đặc trưng bởi xương xốp và dễ vỡ, gây ra mối đe dọa đáng kể đến sức khỏe của xương. Xương, là bộ phận hỗ trợ cấu trúc chính của cơ thể con người, cung cấp sự hỗ trợ quan trọng. Khi khối lượng xương giảm, nó không chỉ làm suy yếu sự hỗ trợ này mà còn làm suy yếu chức năng tổng thể, dẫn đến giảm chất lượng cuộc sống.

Khi tỷ lệ loãng xương tăng lên ở nhóm dân số già, gánh nặng về nguồn lực chăm sóc sức khỏe cho việc chăm sóc dài hạn ngày càng tăng. Do đó, cần phải hiểu các cơ chế góp phần vào sự phát triển của bệnh loãng xương và phát triển các phương pháp điều trị có mục tiêu hiệu quả để giảm thiểu tác động lâu dài của bệnh.

Nguyên bào xương và tế bào hủy xương là hai loại tế bào đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì và tái tạo mô xương. Trong khi nguyên bào xương là tế bào tạo xương chịu trách nhiệm tổng hợp và lắng đọng mô xương mới, thì tế bào hủy xương là tế bào phân hủy xương tham gia vào quá trình phân hủy và loại bỏ mô xương cũ hoặc bị hư hỏng.

Sự gia tăng tỷ lệ tế bào hủy xương dẫn đến mất xương trong các tình trạng như loãng xương, viêm khớp dạng thấp (viêm khớp) và di căn xương (ung thư đã di căn đến xương). Tế bào hủy xương phát sinh từ sự biệt hóa của đại thực bào hoặc tế bào đơn nhân, là các loại tế bào miễn dịch.

Do đó, ức chế sự biệt hóa của tế bào hủy xương có thể đóng vai trò là một chiến lược điều trị để ngăn ngừa mất xương. Tuy nhiên, cơ chế phân tử chính xác điều chỉnh quá trình phức tạp của quá trình tái tạo xương vẫn chưa rõ ràng.

Trong một nghiên cứu mới, Giáo sư Tadayoshi Hayata, Ông Takuto Konno và Bà Hitomi Murachi từ Đại học Khoa học Tokyo, cùng với các đồng nghiệp, đã đi sâu vào quá trình điều hòa phân tử của quá trình biệt hóa tế bào hủy xương. Kích thích bằng chất hoạt hóa thụ thể của yếu tố hạt nhân kappa B (RANKL) gây ra quá trình biệt hóa của đại thực bào thành tế bào hủy xương.

Ngoài ra, protein hình thái xương (BMP) và các con đường truyền tín hiệu yếu tố tăng trưởng chuyển dạng (TGF)-β đã được chứng minh là có liên quan đến việc điều chỉnh sự biệt hóa tế bào hủy xương do RANKL trung gian. Trong nghiên cứu hiện tại, các nhà nghiên cứu đặt mục tiêu điều tra vai trò của Ctdnep1, một phosphatase (một loại enzyme loại bỏ nhóm phosphate) được báo cáo là có tác dụng ức chế các con đường truyền tín hiệu BMP và TGF-β.

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Biochemical and Biophysical Research Communications.

Giáo sư Hayata phát biểu: "RANKL hoạt động như một 'chất tăng tốc' cho quá trình biệt hóa tế bào hủy xương. Việc lái xe không chỉ cần chất tăng tốc mà còn cần cả phanh. Ở đây, chúng tôi phát hiện ra rằng Ctdnep1 hoạt động như một 'phanh' trong quá trình biệt hóa tế bào hủy xương."

Các nhà nghiên cứu đầu tiên đã kiểm tra biểu hiện Ctdnep1 trong các đại thực bào chuột được xử lý bằng RANKL và các tế bào đối chứng không được xử lý. Họ quan sát thấy biểu hiện Ctdnep1 không thay đổi khi đáp ứng với kích thích RANKL. Tuy nhiên, nó được định vị ở tế bào chất dưới dạng hạt trong các đại thực bào và biệt hóa thành các tế bào hủy xương, khác với vị trí quanh nhân bình thường của nó trong các loại tế bào khác, cho thấy chức năng tế bào chất của nó trong quá trình biệt hóa tế bào hủy xương.

Hơn nữa, việc loại bỏ Ctdnep1 (giảm biểu hiện gen) dẫn đến sự gia tăng số lượng tế bào hủy xương dương tính với phosphatase axit kháng tartrat (TRAP), trong đó TRAP là dấu hiệu của tế bào hủy xương đã biệt hóa.

Loại bỏ Ctdnep1 dẫn đến tăng biểu hiện của các dấu hiệu phân biệt chính, bao gồm "Nfatc1", một yếu tố phiên mã chính được RANKL tạo ra để phân biệt tế bào hủy xương. Những kết quả này hỗ trợ "chức năng phanh" của Ctdnep1, theo đó nó điều chỉnh tiêu cực sự phân biệt tế bào hủy xương. Hơn nữa, loại bỏ Ctdnep1 cũng dẫn đến tăng hấp thu canxi phosphat, cho thấy vai trò ức chế của Ctdnep1 trong quá trình tái hấp thu xương.

Cuối cùng, mặc dù việc loại bỏ gen Ctdnep1 không làm thay đổi tín hiệu BMP và TGF-β, các tế bào thiếu Ctdnep1 cho thấy mức độ tăng của các protein được phosphoryl hóa (hoạt hóa), là sản phẩm của con đường tín hiệu RANKL. Những kết quả này cho thấy tác dụng ức chế của Ctdnep1 đối với sự biệt hóa tế bào hủy xương có thể không được trung gian thông qua tín hiệu BMP và TGF-β, mà thông qua việc điều hòa giảm con đường tín hiệu RANKL và mức protein Nfatc1.

Nhìn chung, những kết quả này cung cấp những hiểu biết mới về quá trình biệt hóa của tế bào hủy xương và xác định các mục tiêu điều trị tiềm năng có thể được sử dụng để phát triển các phương pháp điều trị nhằm giảm tình trạng mất xương do hoạt động quá mức của tế bào hủy xương. Ngoài các bệnh đặc trưng bởi tình trạng mất xương, Ctdnep1 cũng được xác định là một yếu tố gây ra u nguyên bào thần kinh đệm, một khối u não ở trẻ em. Các tác giả lạc quan rằng nghiên cứu của họ có thể được mở rộng sang các bệnh khác ở người ngoài quá trình chuyển hóa xương.

Giáo sư Hayata kết luận: "Kết quả của chúng tôi cho thấy Ctdnep1 là cần thiết để ngăn ngừa quá trình tạo tế bào hủy xương quá mức. Những kết quả này có thể mở rộng thêm kiến thức của chúng ta về cách mạng lưới phosphoryl hóa-dephosphoryl hóa kiểm soát sự biệt hóa tế bào hủy xương và có thể cung cấp các chiến lược điều trị mới để điều trị các bệnh về xương liên quan đến hoạt động quá mức của tế bào hủy xương."