אוסטאופרוטגרין - Osteoprotegerin

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
אוסטאופרוטגרין
Osteoprotegerin
שמות אחרים	OPG ,(OCIF) osteoclastogenesis inhibitory factor, וכן TNFRSF11B או tumor necrosis factor receptor superfamily member 11B
מעבדה	כימיה בדם
תחום	מדד של ביולוגיה של העצם
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

OPG הידוע גם כ-OCIF (או osteoclastogenesis inhibitory factor), וכן כ-TNFRSF11B (או tumor necrosis factor receptor superfamily member 11B), הוא קולטן לציטוקין ממשפחת העל של קולטנים ל-TNF, המקודד על ידי הגן TNFRSF11B. הגילוי של OPG כקולטן TNF חדש המופרש ומשחק תפקיד ברגולציה של צפיפות העצם, ולאחר מכן התגלה תפקידו בקולטן הסחה (decoy) לליגנד RANKL (או receptor activator of nuclear factor κB) (על פי Simonet וחב' ב-Cell משנת 1997). כמו כן נמצא ש-OPG נקשר ל-TRAIL (או-TNF-related apoptosis inducing ligand, באופן המעכב את תהליך האפופטוזיס המושרה בתאים ספציפיים כולל תאים סרטניים (Reid וחב' ב-Mol Cancer משנת 2009). ליגנדים נוספים הנקשרים ל-OPG כוללים את syndecan-1, גלוקוזאמינוגליקנים, גורם von Willebrand והקומפלקס factor VIII-von Willebrand factor (Baud'huin וחב' ב-Cytokine Growth factor Rev משנת 2013).

ביוכימיה

OPG מבוטא בעיקר בפיברובלסטים של העצם, בתאי אפיתל של מערכת העיכול, בריאות, בשד ובעור (Fortner וחב' ב-BMC Med משנת 2017), בתאי אנדותל וסקולריים, כמו גם בתאי B ובדנדריטים במערכת החיסון (Sordillo ו-Pearse ב-Cancer משנת 2003). הביטוי של OPG יכול להסתייע על ידי IL-1β‏ (Jurado וחב' ב-J Cell Biochem משנת 2010), OH)₂D₃)‏25,‏α‏1, ‏Wnt/beta-catenin כמו גם על ידי Wnt4 ו-Wnt3a, ועל ידי אסטרוגן (Szulc וחב' ב-J Clin Endocrinol Metab משנת 2001). הביטוי של OPG עשוי להיות משודרג על ידי אתרי-קישור של DNA לקולטן α של אסטרוגן (α-(ER ו-TCF באזור הפרומוטר של הגן ל-OPG. הפחתה בביטוי OPG יכולה להתבצע על ידי פעילות TGF-β1 ו-PTH, כמו גם על ידי מתילציה שלisland בגן של OPG.

נמצא ש-OPG הוא בעל תפקיד בשגשוג שאת סרטנית ויצירת גרורות, במחלת לב (Xi וחב' ב-Cardiology משנת 2013, Hosbond וחב' ב-Scand Cadiovasc J משנת 2012, ו-Bernardi וחב' ב-BioMed Res Int משנת 2016), בהתפתחות ובאיתות של מערכת החיסון, בבריאות הנפש (Hope וחב' ב-J Psychiatr Neurosci משנת 2010), בסוכרת (Nabipour וחב' ב-Metabolism משנת 2010), וכן במניעת preeclampsia‏ (Shen וחב' ב-PLoS One משנת 2012) ומניעת אוסטאופורוזיס בתקופת ההיריון (Yano וחב' ב-Biochem Biophys Res Commun משנת 2001).

החלבון OPG באדם מקודד על ידי הגן TNFRSF11B (על פי Simonet וחב' ב-Cell משנת 1997). OPG הוא קולטן של ציטוקין, וחבר במשפחת-העל של הקולטן ל-TNFα. החלבון OPG הוא גליקופרוטאין בסיסי הכולל 401 חומצות אמינו, המסודרות ב-7 מקטעים (domains). הוא מופיע או בצורת מונומר בעל משקל מולקולארי של 60,000 דלטון, או בצורת דימר בן 120,000 דלטון בו 2 המונומרים מחוברים בקשרים דיסולפידיים (Schoppet וחב' ב-Arterioscl Thromb Vasc Biol משנת 2002). הדימריזציה של OPG נחוצה לעיכוב הקשר בין RANK ל-RANKL, כיוון שהדימריזציה מגבירה את הזיקה של OPG ל-RANKL מ-KD של 3 מיקרומולר של המונומרל-10 מיקרומולר של הדימר. בתור מונומר לא תהיה ל-OPG זיקה מספקת ל-RANKL, באופן שיוכל להתחרות ב-RANK, ולדכא ביעילות יצירת הקומפלקס RANK-RANKL. בניגוד לכל החברים האחרים במשפחת העל TNFR, OPG חסר מקטעים טרנסממברנליים וציטופלזמטיים, והוא מופרש כחלבון מסיס (Kwon וחב' ב-FASEB J משנת 1998). ניתן למצוא OPG mRNA ברקמות רבות כולל בריאות, לב, כליות, כבד, קיבה, מעי, עור מוח, עמוד השדרה, עצם ובלוטת התריס. בנוסף, רמות גבוהות של OPG mRNA התגלו בתאי אנדותל, בתאי שריר חלק של הוותין, בפיברבלסטים, בשורות תאי סרטן השחלות (CAOV-3) וסרטן השד (MCF7), וכן בשורות תאים של מונוציטים, דנדריטים ולימפוציטים מסוג B.

הפעילות של OPG

הקולטן osteoprotegerin משמש כקולטן הסחה (decoy) אליו נקשר הליגנד RANKL (אוreceptor activator of nuclear factor κ B ligand). על ידי הקישור ל-RANKL, מונע OPG את השפעול של אותו גורם שעתוק גרעיני (NF-κB) על ידי RANK, שפעול שהוא חיוני כווסת מרכזי בהפעלה של גנים הקשורים למערכת החיסון, ובכך כרוך OPG לתגובות דלקתיות בגוף, למערכת החיסון הטבעית (innate immunity), כמו גם להתמיינות ולהישרדות של תאים (Krakauer ב-Int Revi Immunol משנת 2008).

הרמות של OPG מושפעות על ידי ה-voltage-dependent calcium channel Cav1.2, שהוא תת-יחידה של L-type voltage-dependent calcium channel על פי Bergh וחב' ב-Endocrinology משנת 2004). הקולטן OPG יכול להפחית את יצירת תאים אוסטאוקלסטים על ידי עיכוב התמיינותם של קודמנים (precursors) של אוסטאוקלסטים. הקישור של OPG ל-RANKL על פני אוסטאובלסטים ותאי סטרומה, חוסם את האינטראקציה של RANKL-RANK בין אוסטאובלסטים ותאי סטרומה וקודמנים של אוסטאוקלסטים. לכך יש השפעה של עיכוב התמיינות הקודמנים של אוסטאוקלסטים לאוסטאוקלסטים בשלים.

יישומים תרפויטיים

היצירה של OPG מושרית in vivo על ידי אסטרוגן (Khosla ב-Endocrinology משנת 2001), כמו גם על ידי התכשיר האוסטאופורוטי strontium ranelate. גם הנוגדן החד-שבטי denosumab (שם מותג Prolia) פועל מבחינה פרמאקולוגית כמו OPG בשמשו כקולטן הסחה לליגנד האוסטאובלסטי RANKL. ריקומביננט אנושי של OPG פועל באופן ספציפי על העצם, ובכך מגביר את צפיפות המינרלים בעצם (BMD) ואת נפח העצם. OPG שימש גם באופן ניסויי להפחתת ספיגת העצם בנשים עם אוסטאופורוזיס של גיל המעבר ובמטופלים עם גרורות סרטניות הגורמות lysis בעצם.

משמעות קלינית

רמות מוגברות של OPG דווחו במחלות-לב (Venuraju וחב' ב-J Am Coll Cardiol משנת 2010), וכן במפגעים נפשיים חמורים (Hope וחב' ב- J Psychi & Neurosci משנת 2010). מוטציות בגן TNFRSF11B כרוכות באוסטאוארתריטיס (Ramos וחב' ב-Ann Rheum Dis משנת 2015). נמצא ש-OPG מבוטא על פני תאי-גזע מזנכימאליים מה שמסייע להשפעה המדכאת יצירת אוסטאוקלסטים (Takano וחב' ב-Lab Invest משנת 2014). בעשור השני של המאה ה-21 עלתה ההשערה ש-OPG יכול להיות הגורם המקשר בין מחלת עצם ותחלואה קרדיו-וסקולארית (Blázquez-Medela וחב' ב-Eur J Clin Invest משנת 2012, ו-Masser ו-Lenhard ב-Endocr pract משנת 2014). באופן מיוחד יוחסה השפעתו של OPG בהגברת הסיכון הקרדיו-וסקולארי בחולי סוכרת (Blázquez-Medela וחב' ב-Eur J Clin Invest משנת 2012, ו-Blázquez-Medela ב-Curr Mol Med משנת 2011).

ניסויים עם עכברי knockout טרנסגניים

תאים אוסטאוקלסטים ואוסטאובלסטים אחראיים לעיצוב מחדש (remodeling) של העצם, תהליך מתמשך בו אוסטאוקלסטים סופגים עצם ואילו אוסטאובלסטים מייצרים עצם חדשה. ספיגת-עצם נחוצה לגדילת השלד כמו גם לבקיעת שיניים (Wise וחב' ב-J Dent Res משנת 2000). פעילות עודפת של RANKL כמו בעכברים החסרים OPG (הומוזיגוטים -/-OPG) גורמת לשברי עצם ספונטאניים ולעיוותים בעמוד השדרה (Bucay וחב' ב-Genes Dev משנת 1998). מחקרים בעכברי Knockout ובעכברים טרנסגניים הראו שגדילת השלד נורמאלית בעכברי knockout (בהם יש רמות גבוהות של RANKL) על פי Irie וחב' ב-Biochem Biophys Res Commun משנת 1998), ובעכברי OPG טרנסגניים (בהם רמות RANKL נמוכות (Min וחב' ב-J Exp Med משנת 2000). בניגוד לכך, בעכברי -/-RANKL ועכברי -/-RANK גדילת השלד נפגעת (Dougall וחב' ב-Genes Dev משנת 1999). ממצאים אלה מדגישים שמבחינה ביולוגית ישנו הבדל בין רמות RANKL נמוכות, לבין מצבים בהם אין כלל RANKL. בעכברים ללא RANKL (או RANK) בקיעת שיניים אינה יכולה להתבצע, בעוד שבעכברים טרנסגניים ל-OPG עם כמות קטנה של RANKL בקיעת השיניים תקינה. למרות שתאים משורת המקרופאגים גם כן מבטאים RANK, ההתמיינות של מקרופאגים היא נורמלית בעכברים טרנסגניים ללא OPG, כמו גם -/-RANKL, כך שנראה שתהליך ההתמיינות בלתי תלוי ב-RANKL (על פי Dougall וחב' ב-Genes Dev משנת 1999).

OPG מגן על העצם במצבי ארתריטיס

מחקרים על מחלות הנגרמות מתגובה אוטו-אימונית בתווך תאי T, השתמשו בין השאר במודל של adjuvant arthritis בחולדות Lewis המושרה על ידי mycobacteria. פולי-ארתריטיס חמורה עם הרס ניכר של המפרקים מושרה בחולדות אלו על ידי הזרקה לקצה הזנב של תמיסת שמן של מיקובקטריה שהומתו בחימום (Feige ב-Cell Mol Life Scu משנת 2000). תשעה ימים מאוחר יותר החלו מופיעים סימני מחלה כגון התנפחות כפות הרגליים, ותחילת איבוד משקל. הרס עצם וסחוס במודל זה הוא מהיר ביותר. ביום 16 ניכר כבר חסר משמעותי של רקמת עצם, שבא לביטוי בשחיקת עצם וירידה בצפיפות המינרלים בעצם. BMD נמדד על ידי DexaScan. טיפול יומי של חולדות אלו בהזרקה תת-עורית של OPG מיום 9 עד יום 16, הביא למניעה התלויה במינון של OPG של איבוד המינרלים בעצם, ושל תהליכי שחיקת העצם. למעשה, מספרי האוסטאוקלסטים, שהיו גבוהים בקבוצת החולדות הלוקות בארתריטיס (20±80 במילימטר בריבוע), פחתו בתלות במינון של OPG, למספרי אוסטאוקלסטים שמוצאים בחולדות בריאות (2±9 במילימטר בריבוע). פרמטרים דלקתיים כגון נפיחות כפות הרגליים ואיבוד המשקל, לא הושפעו לחלוטין על ידי הטיפול ב-OPG. תוצאות אלו מצביעות על כך שלפחות במודל חיה זה של ארתריטיס, ההשפעות הגורמות לשחיקת עצם מושפעות מ-RANKL, וההשפעות של תווכים נוספים של ספיגת עצם כגון IL-1 ו- TNFα, נראות השפעות בלתי-ישירות הנגרמות דרך פעילות RANKL (על פי Kong וחב' ב-Nature משנת 1999).

אסטרוגנים והרגולציה של OPG

הביטוי של OPG בתאים אוסאטובלסטים נמצא תחת רגולציה ניכרת של אסטרוגנים כמו estradiol) E2)‏ (Millán ב- Clin Rev Bone Mineral Metabמשנת 2015, ו-Michael וחב' ב- J Bone Mineral Resמשנת 2005). E2 מווסת את השעתוק של ביטוי OPG על ידי קישורו לקולטני אסטרוגן (בעיקר לקולטן (ER-α המצוי על פני תאים אוסטאובלסטים. בשלב זה, הקומפלקס E2-ERα חודר לגרעין התא, שם הוא נקשר לאלמנט התגובה של אסטרוגן הנמצא על פני מקטע ה-promoter של הגן OPG ומשדרג את השעתוק של OPG mRNA. אסטרוגנים יכולים גם לווסתpost-transcriptionally את ביטוי החלבון OPG, על ידי דיכוי של miR-145‏ (Jia וחב' ב-Mol Med Rep משנת 2017). אסטרוגן נקשר לקולטן ER-β שלו על פני התא לדכא miRNAs רבים, כולל MiR-145‏ (Piperigkou וחב' ב- Matrix Biolמשנת 2017, ועל ידי כך חוסם את העיכוב של התרגום של OPG mRNA‏ (Cohen וחב' ב-Biomedicines משנת 2017).

גם אנדרוגנים כטסטוסטרון ו-DHT מעכבים את ה-osteoclastogenesis, אלא שאנדרוגנים פועלים ישירות דרך הקולטנים שלהם על פני תאים קודמנים של אוסטאוקלסטים בלי להשפיע על ביטוי OPG באוסטאובלסטים. זאת ועוד, בהיעדר של אנזימי aromatase ההופכים טסטוסטרון לאסטרוגן, טסטוסטרון ו-DHT משככים את הביטוי של OPG mRNA‏ (Hofbauer וחב' ב-Eur J Endocrinol משנת 2002, ו-Khosla וחב' ב-J Clin Endocrinol Metab משנת 2002). OPG נקשר ומעכב את ה-TRAIL (או TNF-related apoptosis-inducing ligand) האחראי להשריית אפופטוזיס בתאים סרטניים (Bernardi וחב' ב-BioMed Res Int משנת 2016).

מטבוליזם של העצם

הציר RANK/RANKL/OPG הוא מסלול קריטי לתמיכה בסימביוזה בין ספיגת עצם על ידי אוסטאוקלסטים ויצירת עצם על ידי אוסטאובלסטים (Boyce ו-Xing ב-Arch Biochem Biophys משנת 2008). RANKL מופרש על ידי אוסטאובלסטים ונקשר לקולטן RANK על פני תאי-אב של אוסטאוקלסטים (Boyle וחב' ב-Nature משנת 2003). הקומפלקס RANK-RANKL משפעל את מסלול של NF-κB, מה שגורם לשדרוג של NFATcI או nuclear factor of activated T cells cytoplasmic I (Boyce וחב' ב-Endocrinol Metabol n משנת 2015). הגורם NFATcI הוא ווסת מרכזי של ביטוי ציטוקינים חיוניים במהלך ההתמיינות של תאים קודמנים לאוסטאוקלסטים במהלך הפיכתם לאוסטאוקלסטים בשלים, תהליך הידוע כ-osteoclastogenesis‏ (Kim ו-Kim ב-J Bone Metab משנת 2014). אוסטאוקלסטים בשלים נקשרים אז לעצם דרך tight junctions ומפרישים אנזימי עיכול לספיגת רקמת עצם "זקנה". כאשר העצם נספגת, מופרשים קולאגן ומינרלים למיקרו-סביבה ומאפשרים לאוסטאובלסטים להתחיל ביצירת עצם חדשה. כקולטן "הסחה" ל-RANKL, מעכב OPG את האינטראקציה בין RANK ל-RANKL ועל ידי כך מדכא את תהליך ה-osteoclastogenesis ומופחתת ספיגת העצם.

אוסטאופורוזיס

במפגע זה קצב ספיגת העצם גדול מזה של בנייתה (Snyman ב-South African Family Practice משנת 2014). אוסטאופורוזיס בדרך כלל מושרה בנשים בגיל המעבר בשל רמת אסטרוגנים נמוכה המשולבת בחסר של הורמונים המופרשים מהשחלות (Nelson ב-Lancet משנת 2008). רמות נמוכות של אסטרוגן גורמות להפחתה של ביטוי OPG, וממילא מקטינות את העיכוב של RANKL. לפיכך, RANKL מסוגל להיקשר ביתר קלות ל-RANK, ולגרום להגברת ה-osteoclastogenesis ולספיגת העצם האופיינית לאוסטאופורוזיס. רמה נמוכה של אסטרוגן היא גורם שכיח לאוסטאופורוזיס, שניתן למצוא גם במצבים של כריתת שחלות, כשל שחלתי, אנורקסיה, והיפר-פרולקטינמיה (Meszekalski וחב' ב-Gynecol Endocrinol משנת 2010).

סרטן

תאי אנדותל סרטניים מבטאים כמויות גדולות יותר של OPG בהשוואה לתאי אנדותל נורמליים (Reid וחב' ב-Mol Cancer משנת 2009). כאשר הם נמצאים במגע על תאי סרטן, תאי אנדותל מבטאים רמות גבוהות יותר של OPG בתגובה לליגציה עם integrin αvβ3 ועידוד הסטימולציה של NF-κB. הביטוי של OPG נמצא מסייע לשגשוג תאים סרטניים, זאת על ידי וסקולריזציה של הגידול ועיכוב של אפופטוזיס המושרה על ידי TRAIL.

מיאלומה נפוצה

multiple myeloma (להלן MM) היא ממאירות של תאי פלזמה, הידועים כתאי מיאלומה, ומתפתחת במח העצם (Palumbo ו-Anderson ב-N Eng J Med משנת 2011). מחלה זו כרוכה בנגעים אוסטאו-ליטיים בעצם, כאשר הרמות הגבוהות בדרך כלל של OPG במח העצם פוחתות באופן הגורם להגברת הספיגה האוסטאוקלסטית. הרמה המופחתת של OPG ב-MM, נגרמת על ידי הדיכוי של השעתוק הקונסטיטוטיבי של OOPG, וכן מהדיכוי של ההשריה על ידי OPG של הציטוקינים TGF-β ו-Wnt. בנוסף, היעילות של OPG במח העצם מופרעת ב-MM על ידי קישור מוגבר של OPG ל-syndecan-1 על פני תאי פלזמה נורמליים וכן על פני תאי MM, לתוכם OPG מוחדר ומתפרק (Renema וחב' ב-Bioscience Rep משנת 2106, ו-Standal וחב' ב-Blood משנת 2002). אלא שהמספר הגדול של תאי מיאלומה מתרבים, גורם לכך שכמות גדולה של OPG נקשרת ל-syndecan-1 על פני תאים אלה ובכך כמותו הזמינה פוחתת. בנוסף, MM כרוכה גם ברמות גבוהות במיוחד של גורמים המשרים osteoclastogenesis, והשילוב של נתונים אלה מביא להופעת הנגעים הליטיים האופייניים ל-MM (על פי Seidel וחב' ב-Blood משנת 2001).

גרורות עצם

עצם מהווה מקור משיכה של גרורות מסרטני שד, ערמונית וריאות (Bertoldo ב- Cancer: Biol, Diagn Managementמשנת 2017). בגרורות אוסטאוליטיות, התאים הסרטניים נודדים לעצם ומפרישים ציטוקינים כגון IL-8,PGE2 ו-PTH-related protein, הפועלים על אוסטאובלסטים להגביר RANKL, ולהפחית ביטוי OPG מה שמגביר ספיגת עצם. OPG זוהה גם כאחד מגורמים רבים המסייעים לאנגיוגניות המסייעת לווסקולריזציה של הגידול. דיווח אחד של Riches וחב' ב-N Eng J Med משנת 2009 כולל ראיות לכך שנוגדנים עצמיים פתוגניים גורמים לאוסטאופורוזיס. גם שלושה מתוך 15 מטופלים עם צליאק הכילו בדמם נוגדנים כנגד OPG, אך נוגדנים אלה לא נמצאו באף לא אחד מאנשים בריאים.

מבנה ומקטעים תפקודיים של OPG: מקטע "סגור" (Met¹-Gln²¹) מייצג את ה-signal peptide. מקטעים עתירי-ציסטאין (CRD I, Glu²²–Ala⁶³; II, Pro⁶⁴–Glu¹⁰⁶; III, Cys¹⁰⁷–Lys¹⁴³; IV, Arg¹⁴⁴–Ser¹⁸⁶) מופיעים כ"קופסאות פתוחות", בהן שיירי ציסטאין מופיעים כקווים אנכיים. DRDs I עד IV אחראיים לפעילות המעכבת osteoclastogenesis ע"י האינטראקציה עם RANKL, ה"קופסאות" הידועות כ-death domains, DDH1 (Phe²⁰⁹–Gly²⁸⁶) ו- (His²⁸⁴–Val³⁶¹) DDH2 שהם בעלי פוטנציאל לתווך בתהליך אפופטוזיס ותורמות לדימריזציה, והמקטע קושר ההפארין בקצה ה-C טרמינלי. השייר Cys⁴⁰⁰ אחראי אף הוא ליצירת הדימר.

אנליזות של עכברי TG המבטאים OPG ביתר, ושל עכברים מוזרקים עם OPG, מראות ש-OPG הגביר את מסת העצם על ידי דיכוי ספיגתו על ידי אוסטאוקלסטים. הזרקת OPG לעכברים ולחולדות נורמליות, לחולדות שהוסרו מהן בלוטות הפרה-תירואיד, וכן לעכברי nude עם היפרקלצמיה של ממאירות, הביאה להפחתה מהירה של רמות סידן בנסיוב (תוך שעתיים). הודגם גם ש-OPG היה יעיל בהפחתת היפרקלצמיה שהושרתה על ידי גורמים לספיגת עצם כגון OH)₂D_{3</sub)‏1,25>, ציטוקין IL-1, PTH ו-TNF.}

עכברי knockout ל-OPG הדגימו אוסטאופורוזיס חמורה כתוצאה מיצירה מואצת של אוסטאוקלסטים. בעכברים אלה התגלו לצד הרס של פלטות גדילה וחסר של עצם טרבקולרית, מספר גדול של אוסטאוקלסטים בעצמות הארוכות. ניכרה בהם חולשת עצם וירידה בצפיפות העצם. תוצאות אלה מדגישות את התפקיד הפיזיולוגי של OPG כגורם נמרץ המעכב אוסטאוגנזה. דווח שמוטציות loss-of-function בגן האנושי עלולה לגרום למחלת Paget בצעירים, לדוגמה על יד שמט (deletion) של 100kb בגן OPG‏ (Whyte ב-Ann N Y Acad Sci בשנת 2006). בצעירים אלה רמת OPG בנסיוב כמעט לא ניתנה לגילוי. כמו כן, דווח שחסר של 3bp באקסון 3 של הגן של OPG גרם ל- idiopathic hyperphosphatasia‏ (Cundy וחב' ב-J Bone Miner Res משנת 2003). השמט גרם לאיבוד של שייר aspartate בעמדה 182 של OPG, גורמת לאינאקטיבציה של OPG.‏ Yano דווח שרמות OPG בנסיוב נוטות לעלות עם הגיל, והם גבוהות הרבה יותר בנשים בגיל המעבר עם אוסטאופורוזיס מאשר בנשים בריאות באותו גיל. תוצאות אלו מעידות על התפקיד ההגנתי של OPG מפני ספיגה אוסטאקלסטית מוגברת של העצם.

מוטציות ב-OPG

באדם, זוהו מספר פולימורפיזמים בגן המקודד ל-OPG, שחלקם היו כרוכים בצפיפות מינרלים נמוכה ושברי-עצם (Hofbauer ו-Schoppet ב-J Clin Endocrinol Metab משנת 200). השוו את ההשפעה על ה-BMD של פולימורפיזמים הקשורים לארגינין או לגלוטמין בעמדה 333 של מולקולת החלבון, ונמצא שאנשים עם גנוטיפ GG היו בעלי BMD גבוה משמעותית בהשוואה לאלה הומוזיגוטים לגנוטיפ AA, או להטרוזיגוטים לגנוטיפ GA. המנגנונים דרכם מוטציות אלו גורמות לחסר OPG מובנים בחלקם. שמט של 20bp הגורם לכשל של splicing בין אקסונים 3 ו-4, גורם ל-mRNA בלתי יציב ולחסר של OPG. שמט של 3bp באקסון 3 כרוך ברמות נורמליות באופן יחסי של OPG בצירקולציה. מוטציית frameshift באקסון 5 כרוכה ביצירת חלבון שהוא truncated ואינו יכול לעבור דימריזציה. באופן פרדוקסלי, מוטציה אחרונה זו כרוכה ברמות מוגברות (אם כי בלתי פונקציונליות) של OPG, וברמות מוגברות של RANKL מסיס. מוטציות missense באקסון 2, גורמות לפגיעה בקשרים הדי-סולפידיים ובמבנה השלישוני של המקטע ב-OPG אליו נקשר הליגנד. יש עוד 2 מוטציות, האחת בה יש שחלוף של המתיונין בעמדת ה-initiation, והאחרת במקטע העתיר בציסטאין האחראי לאינטראקציה בין OPG ל-.RANKL שתי מוטציות אלה אחראיות לרמות מופחתות של OPG בפלזמה, ולפנוטיפ פגוע משמעותית.

הישרדות של אוסאוקלסטים

ההישרדות של אוסטאקלסטים בשלים תלויה בנוכחות של RANKL (על פי Fuller וחב' ב-J Exp Med משנת 1998), אם כי גם גורמים נוספים כגון IL-1 עשויים אף הם לסייע להישרדות של אוסטאוקלסטים (Fox ב-J Cell Physiol משנת 2011). אם ההישרדות של אוסטאוקלסטים אינה נתמכת במידה מספקת, תאים אלה יעברו אפופטוזיס (Lacey וחב' ב-Cell משנת 1998, ו-Akatsu וחב' ב-Bone מאותה שנה). למעשה, אוסטאוקלסטים אפופטוטיים במספר נמוך יכולים להתגלות לאחר שבוע בתרביות מח עצם, כתוצאה מפעילות M-CSF ו-RANKL. עם זאת, אם מסירים את הגורמים המסייעים להישרדות, כל האוסטאוקלסטים יעברו אפופטוזיס במהירות. השפעות אלה יכולות להיות מודגמות גם in vivo. לדוגמה, בעכברים המטופלים בעירוי תוך-ורידי של OPG במינון של 10 מיליגרם/ק"ג, כל האוסטאוקלסטים נעלמים תוך 48 שעות. תוך 7-10 ימים חוזרים התאים הללו ויכולים להגיע למספרים ולאתרים הנורמליים בעכברים אלה.

רמות OPG בנסיוב של אנשים בריאים ושל חולי סרטן

ברוב המחקרים, רמות OPG גבוהות יותר בנשים מאשר בגברים, אם כי בחלק מהנשים בגיל המעבר, רמות אלו לא היו שונות מאלו בנשים צעירות יותר. רמות OPG בנסיוב של אנשים בריאים גבוהות משמעותית (0.17 ננוגרם/מ"ל) בהשוואה לרמות בפלזמה (0.14 ננוגרם/מ"ל), והן אינן משתנות בהתאם לגיל הנבדק. עם זאת, Yano וחב' מצאו בשיטת ELISA שרמות OPG כן עולות מעל גיל 50-60 שנה בגברים ובנשים בבריאות טובה (J Bone Miner Res משנת 1999). חוקרים אלה דווחו שרמות OPG בנסיוב של אנשים בריאים נעו בין 1-4 ננוגרם/מ"ל. באחד הניסויים נסיוב נלקח מ-145 מטופלים עם גידולים סולידיים, מ-111 חולים עם ממאירויות המטולוגיות, מ-35 מטופלים עם מפגעים המטולוגיים שפירים, ומ-60 מטופלים עם מחלות ראומטולוגיות. לאחר התאמה לגיל ולמגדר לא נמצאה עלייה משמעותית ברמות OPG של חולים עם גידולים סולידיים בהשוואה לביקורת (0.2 לעומת 0.18 ננוגרם/מ"ל, בהתאמה. כאשר האנליזה בוצעה ביחס למקור הממאירות הראשוני בקבוצת הנבדקים עם הגידולים הסולידיים, רמות מוגברות של OPG בנסיוב נמצאו רק באלה עם גידולים במעי הגס והחלחולת (0.29 ננוגרם/מ"ל עם 0.0001P<),או עם גידול בלבלב (0.35 ננוגרם/מ"ל, 0.0001P<).

כאשר האנליזה בוצעה על בסיס מיקום הגרורה של הגידול הסולידי, נצפו עליות משמעותיות ברמת OPG בנסיוב רק במטופלים עם גרורות בכבד (0.29 ננוגרם/מ"ל), ובגרורות ברקמות רכות (0.21 ננוגרם/מ"ל), אך לא באלה עם גרורות לעצם או לריאות. בקבוצת הנבדקים עם הממאירויות ההמטולוגיות, רמות OPG היו משמעותית נמוכות יותר בנבדקים עם multiple myeloma (עם 0.12 ננוגרם/מ"ל), אך נמצאו מוגברות בחולים עם מחלת Hodgkin (עם 0.29 ננוגרם/מ"ל) ובחולים עם מחלת non-Hodgkin ( 0.24 ננוגרם/מ"ל). מסקנת אנליזות אלו היא שלמרות שבחלק מהמטופלים עם ממאירויות נמצאו עליות משמעותיות ברמת OPG בצירקולציה, רמות אלה לא השיגו את רמת הסף המצופה כדי לדכא פעילות אוסטאוקלסטית.

עודף של פעילות RANKL בעכברי -/-OPG גרם להופעת שברים ספונטניים ודפורמציות של עמוד השדרה (Bucay וחב' ב-Genes Dev משנת 1998). מחקרים עם עכברים טרנסגניים ועכברי knockout, הראו שגדילת השלד תקינה בעכברי knockout שיש להם רמות RANKL גבוהות ואשר לקו באוסטאופורוזיס בולטת) (Mizuno וחב' ב-Biochem Biophys Res Commun משנת 1998) ובעכברים טרנסגניים ל-OPG (בהם רמות RANKL נמוכות עם אוסטאופורוזיס) (Min וחב' ב-J Exp Med משנת 2000). בניגוד לכך, בעכברי -/-RANKL ו--/-RANK, מעוכבת גדילת השלד, מה שמדגים שיש הבדל ביולוגי בין רמות RANKL נמוכות או בין חסר מוחלט של RANKL. ללא RANKL או RANK באופן מוחלט, לא יכולה להתרחש בקיעת שיניים, בעוד שרמה נמוכה של RANKL בעכברי OPG טרנסגניים כן מתאפשרת פעולה זו באופן נורמלי.

היפרקלצמיה

טיפול עם RANKL בעכברים גורם להשריה, התמיינות ושפעול של אוסטאוקלסטים, באופן שניתן להדגים ולכּמת באופן היסטולוגי. (Lacey וחב' ב-Cell משנת 1998), וגם יכול לגרום להיפר-קלצמיה (Hofbauer וחב' ב-J Bone Miner Res משנת 2000). כל המולקולות המשרות היפרקלצמיה כגון IL-1, ויטמין D3, הורמון פרה-תירואידי, TNFα, וכן PTH-related peptide (להלן (PTH-RP, נבחנו באופן יחידני או בשילוב עם OPG. בכל המקרים, OPG מנע הופעת היפרקלצמיה, מה שמצביע על כך של אותן מולקולות המשרות היפרקלצמיה, פועלות באופן בלתי-ישיר על ידי השרייה של RANKL (Morony וחב' ב-J Bone Miner Res משנת 1999). מסקנה זו נתמכת על ידי העובדה שהזרקת RANKL, ויטמין D3, וכן PTH-RP או TNFα, כמו גם IL-1β לעכברי -/-RANK לא הצליחה לגרום להיפר-קלצמיה (Li וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 2000).

גידולים רבים שולחים גרורות לעצם, תופעה שעשויה להיעזר ב-IL-6 או ב-PTH-RP, משרנים יעילים של ספיגת עצם. חולי סרטן מתאפיינים לעתים קרובות על ידי היפרקלצמיה, ובמודלים של עכברים עם ממאירות (כמו עכברי C26 שמקורם באדנוקרצינומה), אף נמצא שטיפול עם OPG, מונע היפרקלצמיה המושרית על ידי הגידול (Capparelli וחב' ב-Cancer Cancer משנת 2000). יתרה מכך, OPG נמצא מבטל את ההיפרקלצמיה המושרית על ידי הגידול במודלים אלה. טיפול עם OPG יכול למנוע אוסטאוליזה ושליחת גרורות אל תוך הכבד (Clohisy וחב' ב-J Orthoped Res משנת 2000).

הוראות לביצוע הבדיקה:

OPG נמדד לפלזמה או בנסיוב בשיטת sandwich ELISA שפותחה על ידי Amgen, Inc.. נוגדן חד-שבטי מעכבר שימש כ- capture antibodyהספוח לבארות בפלטת 96 בארות. ונוגדן פוליקלונלי מארנבת המכוון כנגד OPG אנושי שימש כנוגדן הבא במערכת ה- ELISAלזיהוי OPG. שני הנוגדנים הללו פותחו כנגד OPG אנושי בשל רקומביננטי. סף הרגישות בשיטה זו לגילוי OPG הוא 0.05 ננוגרם/מ"ל. ערכה נוספת לכימות OPG בנסיוב היא זו הידועה כ- ELH-OPG-1 human-OPG-ELISA kitשל חברתRayBiotech Inc., Norcross, USA . על פי הוראות היצרן 100 מיקרוליטר של נסיוב נבדק או של תמיסת סטנדרט, הוספה לכל באר לתקופת הדגרה של 2.5 שעות בטמפרטורת החדר. לאחר מכן מוסיפים לכל באר 100 מיקרוליטר של נוגדן שני כנגד OPG מסומן בביוטין, ולאחר 60 דקות הדגרה בטמפרטורת החדר, מוסיפים לכל באר 100 מיקרוליטר של תמיסתstreptavidin . לאחר הדגרה של 45 דקות ושלב שטיפה נוסף יש להגיב את הקומפלקס עם המצע H2O2-tetramethylbenzidine (TMB). הריאקציה הופסקה על ידי הוספה של תמיסה חומצית, וקריאת הבליעה של הצבע הצהוב המתקבל נעשית באורך גל של 450 ננומטר.