Osteoporoza: odkryto, jak ćwiczenia wzmacniają kości - dzięki czujnikowi Piezo1

Osteoporoza to choroba, która stopniowo osłabia kości i dotyka dziesiątki milionów osób na świecie. Nowe terapie mogą być bliżej, bo naukowcy odkryli kluczowy mechanizm wyjaśniający, w jaki sposób aktywność fizyczna realnie wzmacnia kościec.

Zrozumienie tego wcześniej ukrytego procesu może pomóc w przeniesieniu „efektu ćwiczeń” na poziom molekularny i wykorzystaniu go do walki z kruchością kości typową dla osteoporozy. Choć od dawna wiadomo, że ruch sprzyja zdrowiu kości, dotąd nie było do końca jasne, jak dokładnie to działa.

Badacze, kierowani przez zespół z Uniwersytetu w Hongkongu, wskazali konkretne białko pełniące rolę „czujnika ćwiczeń” w kościach. Gdy zostaje aktywowane, nasila tworzenie kości i ogranicza odkładanie się tłuszczu.

"Musimy zrozumieć, jak nasze kości stają się mocniejsze, gdy się ruszamy lub ćwiczymy, zanim znajdziemy sposób, by odtworzyć korzyści z aktywności na poziomie molekularnym" – mówi Xu Aimin, naukowiec biomedyczny z Uniwersytetu w Hongkongu. "To badanie jest kluczowym krokiem w kierunku tego celu."

W badaniu skupiono się na mezenchymalnych komórkach macierzystych szpiku kostnego (BMMSCs). W swojej wyjściowej postaci mogą one „pójść” w dwie strony: stać się komórkami kościotwórczymi, czyli osteoblastami, albo komórkami tłuszczowymi – adipocytami.

O tym, którą drogę wybiorą BMMSCs, decyduje wiele czynników, m.in. sygnały wzrostu, hormony, poziom stanu zapalnego oraz – co szczególnie ważne w tym badaniu – siły fizyczne wywoływane przez ćwiczenia.

Wcześniejsze eksperymenty na komórkach hodowanych w laboratorium pokazały, że bodźce mechaniczne przesuwają równowagę w stronę tworzenia kości, a jednocześnie hamują powstawanie tłuszczu. Naukowcy chcieli jednak zrozumieć, dlaczego tak się dzieje. Przyjrzeli się białku Piezo1, które w innych badaniach wykazano jako wytwarzające sygnały biologiczne w odpowiedzi na nacisk oraz inne siły, takie jak odkształcenia i naprężenia mechaniczne.

Gdy Piezo1 usunięto z komórek u myszy, zwierzęta miały niższą gęstość kości i słabsze tempo ich tworzenia. Co więcej, w szpiku kostnym wzrosła liczba adipocytów. Dalsze testy wykazały, że myszy pozbawione Piezo1 nie osiągały tych samych korzyści wzmacniających kości dzięki ćwiczeniom.

Zespół zidentyfikował też konkretne szlaki sygnałowe kontrolowane przez Piezo1, pokazując, jak jego brak prowadzi do stanu zapalnego i rozrostu tkanki tłuszczowej. Istotne jest to, że zmiany te można było odwrócić, jeśli Piezo1 aktywowano lub przywrócono jego efekty „niżej” w szlaku. Jeśli w przyszłości mają powstać leki naśladujące Piezo1, ta wiedza jest kluczowa.

"W praktyce rozszyfrowaliśmy, jak organizm zamienia ruch w mocniejsze kości" – mówi Aimin. "Zidentyfikowaliśmy molekularny czujnik ćwiczeń, Piezo1, oraz szlaki sygnałowe, które kontroluje.

"To daje nam wyraźny cel do interwencji. Aktywując szlak Piezo1, możemy naśladować korzyści z ćwiczeń, w pewnym sensie oszukując organizm, by „myślał”, że ćwiczy, nawet bez ruchu."

Kości zwykle słabną wraz z wiekiem, a ryzyko osteoporozy rośnie. Dla wielu osób – szczególnie starszych i osłabionych – regularna aktywność fizyczna bywa trudna albo wręcz niemożliwa. Terapia, która odtwarzałaby część biologicznych efektów ćwiczeń, mogłaby pomóc chronić takie grupy przed utratą masy kostnej.

Do takiego leczenia wciąż daleka droga. Badanie przeprowadzono na modelach mysich, a nie na ludziach, a celowanie w białko takie jak Piezo1 wymaga dużej ostrożności – pełni ono wiele funkcji w całym organizmie. Próby manipulowania jego działaniem mogłyby wyrządzić więcej szkody niż pożytku.

Mimo to te wyniki – i podobne badania – wyraźnie poszerzają nasze zrozumienie tego, jak rozwija się osteoporoza. Wraz ze starzeniem się populacji rośnie realna potrzeba znajdowania sposobów na dłuższe zachowanie zdrowia.

"To oferuje obiecującą strategię wykraczającą poza tradycyjną fizjoterapię" – mówi mechanobiolog i starszy autor pracy Eric Honoré z Instytutu Farmakologii Molekularnej i Komórkowej we Francji.

"W przyszłości moglibyśmy potencjalnie dostarczać biologiczne korzyści z ćwiczeń poprzez celowane terapie, spowalniając utratę kości w wrażliwych grupach, takich jak pacjenci leżący lub osoby o ograniczonej mobilności, i znacząco zmniejszając u nich ryzyko złamań."

Badanie opublikowano w czasopiśmie Signal Transduction and Targeted Therapy.