Dr n. med. Agnieszka MATUSZEWSKA

Katedra i Zakład Farmakologii UM w Białymstoku

Markery obrotu kostnego

Tkanka kostna podlega ciągłym procesom resorpcji i tworzenia, co zapewnia zachowanie strukturalnej integralności układu kostnego, naprawę mikrouszkodzeń oraz wymianę jej składników z płynami ustrojowymi.

Procesy w tkance kostnej zachodzą w sposób cykliczny przez całe życie, a najintensywniejsze są u dzieci w okresie wzrostu. Osoba dorosła pomiędzy 30 a 35 r.ż. osiąga szczytową masę kostną, a następnie wraz z wiekiem następuje stopniowa jej utrata.

W codziennej praktyce lekarskiej w celu określenia parametrów ilościowych masy kostnej oraz oceny ryzyka złamań wykorzystuje się badanie densytometryczne (DXA), którego wyniki wyrażone są w postaci wskaźników T-score i Z-score.

T-score określa liczbę odchyleń standardowych różnych od wartości szczytowych gęstości lub masy kości dla danej płci. Natomiast Z-score odnosi się do średniej gęstości lub masy kostnej właściwej dla płci i wieku. Wynik prawidłowy zawarty jest w przedziale od +1SD do –1SD. Wartości pomiędzy –1SD a –2,5SD to osteopenia, a poniżej –2,5SD określamy osteoporozą.

Badanie densytometryczne jest metodą nieinwazyjną i powtarzalną. Wadą tego badania jest możliwość uzyskania ograniczonej informacji dotyczącej jakości tkanki kostnej. Problem stanowi także znacząca grupa pacjentów, u których doszło do złamania, mimo iż wynik badania DXA był prawidłowy lub nieznacznie obniżony. W takich przypadkach w celu poprawy identyfikacji osób zagrożonych osteoporozą wskazana jest ocena biochemicznych markerów obrotu kostnego.

Oznaczenie markerów obrotu kostnego

Markery obrotu kostnego są to fragmenty białkowych elementów strukturalnych kości (lub produkty ich degradacji) oraz enzymy i białka uwalniane do krążenia w trakcie aktywności metabolicznej osteoblastów (komórki kościotwórcze) i osteoklastów, badane we krwi lub moczu. Ich oznaczenie pozwala ocenić zaburzenia metabolizmu kostnego, przy założeniu, że w prawidłowych warunkach istnieje równowaga pomiędzy procesami tworzenia i resorpcji kości. Ważny jest również fakt, iż podwyższone wartości wskaźników obrotu kostnego należą do czynników ryzyka złamań niezależnych od BMD. Markery te służą także do monitorowania leczenia preparatami antyresorpcyjnymi. W tym celu oznacza się stężenie we krwi CTX, osteokalcyny lub PINP przed wprowadzeniem leczenia antyresorpcyjnego i po 3-6 miesiącach terapii. Uważa się, że skuteczne obniżenie obrotu kostnego rokuje przyrost masy kostnej (BMD) po 2 latach leczenia i obniżenie ryzyka złamań. W trakcie badań znajdują się kolejne możliwości wykorzystania markerów obrotu kostnego: do oceny przerzutów nowotworowych do kości oraz do oceny stabilności endoprotezy.

Do wskaźników kościotworzenia należą:

• Frakcja kostna alkalicznej fosfatazy (b-ALP, ang. Bone Alkaline Phosphatase) – marker aktywności osteoblastów. Bierze udział w tworzeniu osteoidu i mineralizacji. Frakcja kostna alkalicznej fosfatazy różni się od izoenzymu wątrobowego tylko stopniem glikozylacji posttranslacyjnej produktu wspólnego genu. Ten marker obrotu kostnego charakteryzuje się wysoką swoistością oraz zmiennością okołodobową i wewnątrzosobniczą niższą niż 10%.

• Osteokalcyna (OC, BGP, ang. Osteocalcin, Bone Gla Protein) – jest to podstawowa niekolagenowa proteina macierzy kostnej syntezowana przez osteoblasty, odontoblasty i hipertroficzne chondrocyty. Wobec tego jest białkiem swoistym dla tkanki kostnej i zębiny. Osteokalcyna zbudowana jest z 49 aminokwasów, w tym z 3 reszt kwasu gamma-karboksyglutarowego decydujących o zdolności wiązania wapnia i odpowiedzialnych za powinowactwo do hydroksyapatytu. Synteza BGP zależy od witaminy K, a stymulowana jest przez witaminę D3. Część osteokalcyny, która nie jest związana z macierzą kostną, uwalniana jest do krążenia. We krwi wykrywane jest ok. 15% osteokalcyny. Uważana jest ona za dobry marker kościotworzenia. Charakteryzuje ją zmienność stężenia w dobowym profilu (najwyższe około godziny 4.00 rano, najniższe około godziny 17.00).

• Osteonektyna – jest to wydzielana przez osteoblasty fosfoglikoproteina biorąca udział w procesie mineralizacji tkanki kostnej. U noworodków stanowi ok. 15% ogólnej ilości niekolagenowych białek macierzy kostnej. Jej ilość maleje wraz z wiekiem.

• N-końcowy propeptyd prokolagenu typu I (PINP, ang. Procollagen Type I Aminoterminal Propeptide) – jest białkiem uwalnianym podczas syntezy kolagenu z prokolagenu typu I, od końca N (aminowego). Ilość tego markera obrotu kostnego w surowicy krwi odzwierciedla dynamikę i proces wytwarzania kolagenu. Ponieważ cząsteczka PINP jest niewielka, więc z łatwością przedostaje się z kłębuszków do moczu, gdzie może być również oznaczona. Nie jest swoistym wskaźnikiem obrotu kostnego, ponieważ może także pochodzić ze skóry, mięśni i innych tkanek. Czas półtrwania PINP we krwi wynosi kilka minut. Zmienność okołodobowa nie przekracza 25%. Najwyższy poziom występuje w nocy, najniższy po południu.

• C-końcowy propeptyd prokolagenu typu I (PICP, ang. Procollagen Type I Carboxyterminal Propeptide) – odpowiada, podobnie jak PINP, liczbie nowo utworzonych cząsteczek kolagenu. Szybkość klirensu metabolicznego PICP zmienia się w chorobach wątroby i tarczycy.

• Sialoproteiny – należą do nich: sialoproteina I (osteopontyna) oraz sialoproteina II. Są to niekolagenowe białka macierzy kostnej wytwarzane przez osteoblasty i osteoklasty. Biorą udział w procesach adhezji. Poziom sialoproteiny wzrasta w chorobach ze wzmożonym obrotem kostnym (m.in. osteoporoza, choroba Pageta). Stwierdzono również podwyższony poziom sialoproteiny u pacjentów z rakiem piersi i przerzutami do kości.

Do markerów resorpcji kości zaliczamy:

• Wapń – oznaczany w moczu jest najtańszym i najprostszym sposobem mierzenia przebudowy kości. Może być wiarygodny jedynie w stanach znacznego nasilenia obrotu kostnego. Dużym problemem jest mała swoistość tego markera. Wynika ona z tego, że na stężenie wapnia w moczu składają się wchłanianie w jelitach, resorpcja w kanalikach nerkowych oraz metabolizm kostny. W dużym stopniu determinują jego poziom hormony: parathormon, kalcytonina, estrogeny, sterydy.

• Wiązania sieciujące kolagen: pirydynolina (Pyr) i dezoksypirydynolina (DPyr) – są to aminokwasy, które tworzą międzyłańcuchowe poprzeczne wiązania kowalencyjne obecne tylko w dojrzałych formach kolagenu, stabilizujące strukturę włókien. Uwalniane są do krwi podczas rozpadu tkanki kostnej. Zaletami tej metody badania obrotu kostnego jest fakt, że nie podlegają metabolizmowi w wątrobie i nie są wchłaniane z pożywieniem. Pirydynolina i dezoksypirydynolina wydalane są z moczem w dwóch formach: wolnej i związanej z peptydami. Wolną Pyr i DPyr można oznaczać metodą immunoenzymatyczną.

• C-końcowy usieciowany telopeptyd łańcucha alfa kolagenu typu I (CTX, ang. Collagen Type I Crosslinked C-telopeptide) – uwalniany jest podczas rozpadu kolagenu I i nie jest bezwzględnie swoisty dla tkanki kostnej. Występuje we wszystkich tkankach, w których w kolagenie typu I tworzą się pirydynolinowe wiązania sieciujące. Mimo to jest bardziej swoistym markerem niż Pyr i DPyr. Poziom CTX może być mierzony we krwi lub moczu.

• N-końcowy usieciowany telopeptyd łańcucha alfa kolagenu typu I (NTX, ang. Collagen Type I Crosslinked C-telopeptide) – to najczulszy i najbardziej swoisty marker metabolizmu tkanki kostnej, ponieważ występuje w niezmineralizowanych kolagenach. Oznacza się go w moczu metodą ELISA.

• Winianooporna kwaśna fosfataza izoenzym b (TRAP-b) – to jedna z 5 osoczowych fosfataz kwaśnych oporna na inhibicję winianem sodowym. Jest to specyficzny izoenzym uwalniany przez osteoklasty. Nadal jednak istnieją trudności metodologiczne przy jego oznaczaniu – niestabilność oraz problemy w odróżnieniu od fosfataz uwalnianych z tkanek pozakostnych.

• Karboksyterminalny telopeptyd kolagenu typu I (ICTP) – uwalniany jest podczas rozpadu cząsteczki kolagenu typu I. Można go oznaczyć we krwi. Najprawdopodobniej będzie przydatny do oceny metabolizmu kostnego w okresie pomenopauzalnym i stanach chorobowych. Ma małą wartość w monitorowaniu wpływu leków antyresorpcyjnych na kości. Wydaje się jednak, że marker ten jest raczej wskaźnikiem obrotu kolagenu, a więc na jego stężenie może wpłynąć także kościotworzenie.

• Hydroksyprolina – jest aminokwasem występującym wyłącznie w kolagenie. Jest obecnie coraz rzadziej oznaczana ze względu na małą swoistość dla tkanki kostnej oraz konieczność ograniczenia spożycia niektórych produktów (żelatyna, mięso, ryby) na 24 godziny przed pobraniem moczu do oznaczeń.

• Glikozydy hydroksylizyny – to związki wchodzące w skład kolagenu typu I. Są uwalniane podczas resorpcji tkanki kostnej i wydalane w całości wraz z moczem.

W ostatnim okresie dużym zainteresowaniem cieszy się białko należące do grupy receptorów czynnika martwicy nowotworów – osteoprotegeryna (OPG). Jest ono elementem szlaku OPG/RANK/RANKL, pełniącego kluczową rolę w różnicowaniu i funkcjonowaniu osteoklastów. OPG poprzez uniemożliwienie związania się RANK (receptora aktywującego jądrowy czynnik NF-ĸB) z RANKL (ligand RANK) hamuje dojrzewanie osteoklastów już na jego początkowym etapie. Na podstawie dotychczasowych wyników badań udało się ustalić, że przewaga RANKL nad OPG powoduje patologiczne nasilenie resorpcji kości, natomiast przewaga OPG – obniża patologiczną resorpcję. Wydaje się, że dokładniejsze poznanie szlaku OPG/RANK/RANKL i mechanizmów na niego wpływających pozwoli opracować nowe strategie terapeutyczne.

W dzisiejszych czasach, kiedy medycyna rozwija się w niebywale szybkim tempie, a każdy dzień przynosi kolejne odkrycia, należy wciąż poszukiwać bardziej precyzyjnych metod oznaczania markerów obrotu kostnego i możliwości ich wykorzystania w praktyce. W chwili obecnej dotychczasowe wyniki badań wydają się być bardzo obiecujące.

 „Przegląd Reumatologiczny” 2006, nr 3 (9), s. 5, 7.