Nome Vincenza Papa
Corso di dottorato in attività fisica e ricerca
26°ciclo
Progetto di ricerca
Caratterizzazione del metabolismo cellulare degli osteoblasti in soggetti adulti obesi con
o senza osteoporosi: studio in vivo e in vitro.
Sommario
L’obesità e l’osteoporosi sono due patologie croniche che hanno avuto negli ultimi decenni
un notevole incremento nei paesi industrializzati per il miglioramento delle condizioni di
vita. Se è ben noto che l’obesità è un fattore di rischio per molteplici patologie metaboliche
(diabete mellito, ipertensione, malattie cardiovascolari) è sempre stata considerata un
fattore protettivo per la patologia osteoporotica. Infatti sono state sempre descritte
correlazioni positive tra peso corporeo (BMI) e massa ossea. Tuttavia, negli ultimi anni un
numero crescente di osservazioni suggerisce come l’obesità non sempre possa essere
considerata un fattore protettivo per il tessuto scheletrico e che quindi non protegga da
una bassa densità minerale ossea e dal rischio di sviluppare fratture, sia nel genere
femminile che maschile. Sebbene molti studi descrivono una correlazione positiva tra BMI
e massa ossea, ancora non sono state completamente caratterizzate le correlazioni tra
obesità e composizione corporea (massa grassa e massa muscolare) del soggetto obeso e i
meccanismi molecolari attraverso il quale tessuto osseo e adiposo interagiscono.
Lo scopo del nostro studio è quello di caratterizzare il fenotipo del soggetto obeso con e
senza alterazioni del tessuto scheletrico ed individuare eventuali alterazioni dei
meccanismi molecolari indotte dall’obesità sull’omeostasi degli osteoblasti.
In questo studio sono stati selezionati 398 pazienti (291 donne e 107 uomini; età media 41 +
14 anni; BMI medio 35,8 + 5,9 Kg/m2) tutti firmatari del Consenso informato relativo al
trattamento dei dati personali a scopo di ricerca. Dallo studio sono stati esclusi soggetti
affetti da patologie croniche o in terapia con farmaci in grado di interferire con il
metabolismo osseo, e soggetti sottoposti ad interventi di chirurgia bariatrica, per evitare
interferenze di queste problematiche con l’omeostasi scheletrica.
Ciascun paziente arruolato è stato sottoposto a prelievo venoso per il dosaggio di
parametri ematochimici di routine, markers del rimodellamento osseo e alla valutazione
della composizione corporea (densità minerale ossea, massa muscolare, massa adiposa)
mediante Dual Energy X-Ray Absorptiometry (DXA).
L’analisi dei soggetti ha messo in evidenza che il 37% (n=146) della popolazione totale
mostra alterazioni scheletriche. In particolare è stato riscontrato che il 29% della
popolazione esaminata presenta una BMD compatibile con la condizione di osteopenia,
mentre l’8% con una condizione di osteoporosi. Analizzando i dati in base al genere non
sono state riscontrate differenze significative tra popolazioni femminile e maschile.
La popolazione è stata divisa in tre gruppi in base al BMI: soggetti in sovrappeso BMI (2529.9)Kg/m2; soggetti obesi BMI ( 30-40)Kg/m2; soggetti con obesità severa BMI (> 40)
Kg/m2. Questa suddivisione ha permesso di individuare la distribuzione dei differenti
valori di BMD tra i tre gruppi. In particolare, i nostri dati mostrano che nel gruppo di
soggetti affetti da obesità severa è presente un’elevata percentuale di soggetti affetti da
una condizione di osteopenia/osteoporosi con livelli di BMD alterati, suggerendo così un
ruolo inverso dell’obesità nei confronti dello scheletro. Analizzando i dati sulla densità
scheletrica e considerando la percentuale di massa grassa e magra, emerge che la massa
ossea correla positivamente con la massa magra e negativamente con la massa grassa.
Questo suggerirebbe il ruolo protettivo della massa muscolare nei confronti del tessuto
scheletrico. Infatti, la massa muscolare è una delle principali fonti di IGF-1, di cui è nota la
sua importanza sullo sviluppo e accrescimento dell’osso. Inoltre, da ulteriori analisi è
emerso che i soggetti affetti da obesità mostrano basse concentrazioni plasmatiche di IGF-1
che correlano in modo significativo con quantità elevate di tessuto adiposo FM%
(p<0.0014).
Non sono state riscontrate differenze significative nei parametri ormonali e metabolici.
Per caratterizzare le potenziali alterazioni molecolari sull’omeostasi degli osteoblasti,
cellule di osteosarcoma umano (SAOS-2) sono state esposte al siero di quattro gruppi di
pazienti: obesi con normale BMD (O), obesi con bassi livelli di BMD (OO), obesi con
sarcopenia (OS), obesi con sarcopenia e bassi livelli di BMD (OOS). Per ogni gruppo
sperimentale i valori sono stati confrontati con quelli provenienti dal trattamento di cellule
osteoblastiche (SAOS-2) con siero di soggetti normopeso e con normale densità minerale
ossea.
I risultati mostrano un incremento significativo del rapporto RANK-L/OPG nelle cellule
osteoblastiche esposte per 24h ai sieri del gruppo OS e ai sieri del gruppo OOS, rispetto ai
relativi controlli trattati rispettivamente con sieri di soggetti O o sieri di soggetti OS,
evidenziando in tal modo come la condizione di osteopenia possa indurre gli osteoblasti a
produrre fattori capaci di alterare l’attività osteoclastogenica. Inoltre, l’esposizione delle
cellule al siero dei gruppi OS, OO e OOS determina una significativa diminuzione dei
livelli della fosfatasi alcalina ALP, di osteopontina e di BMP4 rispetto ai sieri del gruppo O
e CTL, indicando una modulazione negativa del differenziamento osteoblastico.
Le alterazioni riscontrate negli osteoblasti esposti ai sieri dei diversi gruppi di obesi sono
indotte da un meccanismo molecolare Wnt/-catenina dipendente. A supporto di tale
evidenza i nostri dati mostrano significative alterazioni: nell’espressione dei geni target di
-catenina (c-Myc, TCF1, LEF1 ed axin2), nella compartimentalizzazione di -catenina e
nei livelli di fosforilazione di GSK3.
Il pathway di Wnt può interagire anche con altri segnali presenti nel microambiente
cellulare dell’osso. Uno di questi è IGF-1, che stabilizza la β-catenina determinando un
incremento del differenziamento e dell’attività degli osteoblasti. E’ interessante sapere che
dati preliminari suggeriscono che l’esercizio fisico possa modulare il metabolismo
scheletrico per mezzo di una modulazione del sistema Wnt/b-catenina .
In conclusione i nostri dati mostrano che il tessuto adiposo viscerale influisce
negativamente sul metabolismo osseo attraverso un meccanismo Wnt/-catenina
dipendente. Inoltre la presenza di basse concentrazioni di IGF-1 che si riscontrano nei
soggetti obesi, potrebbe essere un possibile link tra obesità e alterazione della massa ossea.
